MATLAB,Python,Scilab,Julia比較 第5章 その93【複素フーリエ係数(周期2L)②】

MATLAB,Python,Scilab,Julia比較 第5章 その93【複素フーリエ係数(周期2L)②】 数値計算
MATLAB,Python,Scilab,Julia比較 第5章 その93【複素フーリエ係数(周期2L)②】

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はじめに

前回から、複素フーリエの任意周期化の話がスタート。
今回で具体的に周期2πから周期2Lへ置き換えをする。

登場人物

博識フクロウのフクさん

指差しフクロウ

イラストACにて公開の「kino_k」さんのイラストを使用しています。
https://www.ac-illust.com/main/profile.php?id=iKciwKA9&area=1

エンジニア歴8年の太郎くん

技術者太郎

イラストACにて公開の「しのみ」さんのイラストを使用しています。
https://www.ac-illust.com/main/profile.php?id=uCKphAW2&area=1

【再掲】複素フーリエ

太郎くん
太郎くん

今回は複素フーリエの任意周期化だね。

フクさん
フクさん

まずは、複素フーリエ級数と複素フーリエ係数を再掲しておこう。

複素フーリエ級数

\(
\displaystyle f(x)=\sum_{n=-\infty}^{\infty}C_n e^{inx}
\)

複素フーリエ級数

\(
\displaystyle C_n=\frac{1}{2\pi}\int_{-\pi}^{\pi}f(x)e^{-inx}\,dx
\)

横軸を置き換え

フクさん
フクさん

実数フーリエの時と同じだが、
\(2\pi\)を\(2L\)に変換する式を導出する。

\(
\begin{eqnarray}
\displaystyle x&=&\frac{2L}{2\pi}t=\frac{L}{\pi}t\\
\therefore t&=&\frac{\pi}{L}x
\end{eqnarray}
\)

フクさん
フクさん

よって、周期を\(2L\)に解釈し直した複素フーリエ級数は以下になる。

\(
\displaystyle f(x)=\sum_{n=-\infty}^{\infty}C_n e^{i\frac{n\pi x}{L}}
\)

フクさん
フクさん

同じように、周期を\(2L\)に解釈し直した複素フーリエ係数は以下となる。

\(
\displaystyle C_n=\frac{1}{2L}\int_{-L}^{L}f(x)e^{-i\frac{n\pi x}{L}}\,dx
\)

太郎くん
太郎くん

流れとしては実数フーリエの時と全く一緒か。

フクさん
フクさん

そうそう。
実数フーリエの段階でやってたことだから、
複素フーリエになってもすんなりと入ってくるだろう。

まとめ

フクさん
フクさん

まとめだよ。

  • 複素フーリエを周期2πから周期2Lへ。
    • 変換の流れは実数フーリエの時と全く同じ。

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