Transformata Fouriera – wzory i własności Definicja: Jeśli f ∈ L 1( 1

R ), to

transformata Fouriera

ˆ

f ( ξ) = R f ( x) e− 2 iπξx dx, R

transformata odwrotna

ˇ

f ( ξ) = R f ( x) e 2 iπξx dx.

R

ˇ

f ( ξ) = ˆ

f ( −ξ)

Własności: ( λ 6= 0) g( x)

ˆ

g( ξ)

f ( λx)

1 ˆ

f

ξ

|λ|

λ

f ( x − a)

e− 2 iπaξ ˆ

f ( ξ)

f ( λx − a)

1 e− 2 iπξ a ˆ ξ

λ f

|λ|

λ

Definicja splotu:

( f ∗ g)( x) = R f ( x − t) g( t) dt.

R

Transformata splotu:

\

( f ∗ g)( ξ) = ˆ

f ( ξ) · ˆ

g( ξ) .

Transformata a różniczkowanie: Jeśli f ∈

k

1

1

C (R ) ∩ L 1(R ) oraz

f 0, f 00, . . . , f ( k) ∈ L 1( 1

R ), to dla każdego 1 ¬ j ¬ k d

f ( j)( ξ) = (2 iπξ) j ˆ

f ( ξ) .

Jeśli xkf ( x) ∈ L 1( 1

R ), k = 0 , 1 , . . . , n, to ˆ

f jest n-krotnie różniczkowalna i ˆ

f ( k)( ξ) = ( − 2 \

iπx) kf ( x) , k = 1 , 2 , . . . , n.

Przemienność:

R f ( x)ˆ

g( x) dx = R ˆ

f ( x) g( x) dx.

ˇ

Twierdzenie o odwracaniu:

ˆ

f ( ξ) = f ( ξ) we wszystkich punktach ciągłości funkcji f .

Twierdzenie Plancherela: Jeżeli f ∈ L 1( 1

1

1

R ) ∩ L 2(R ), to ˆ

f ∈ L 2(R ) i

|| ˆ

f || 2 = ||f || 2 .

Transformaty wybranych funkcji z L 1( 1

R )

Funkcja

Transformata

Uwagi

 sin π( b−a) ξ



e−iπ( a+ b) ξ

dla ξ 6= 0

1I[ a, b]( x)

πξ

 b − a

dla ξ = 0

xk e−axu( x)

1

a ∈

k!

( a+2 iπξ) k+1

C, Re( a) > 0, k = 0 , 1 , 2 , . . .

xk eaxu( −x)

− 1

a ∈

k!

( −a+2 iπξ) k+1

C, Re( a) > 0, k = 0 , 1 , 2 , . . .

e−a|x|

2 a

a ∈

a 2+4 π 2 ξ 2

C, Re( a) > 0

sgn( x) e−a|x|

− 4 iπξ

a ∈

a 2+4 π 2 ξ 2

C, Re( a) > 0

e−ax 2

q π e−π 2 ξ 2

a

a ∈

a

R, a > 0

1I[ −a,a]( x)

sin 2 aπξ

a ∈

πξ

R, a > 0

1

Wzory uzyskane z formuły na odwrócenie (funkcje z L 1( 1

R ))

Funkcja

Transformata

Uwagi

1

( −ξ) k eaξu( −ξ) a ∈

( a+2 iπx) k+1

k!

C, Re( a) > 0, k = 1 , 2 , . . .

− 1

( −ξ) k e−aξu( ξ) a ∈

( −a+2 iπx) k+1

k!

C, Re( a) > 0, k = 1 , 2 , . . .

1

π e− 2 πa|ξ|

a ∈

a 2+ x 2

a

C, Re( a) > 0

q π e−π 2 x 2

a

e−aξ 2

a ∈

a

R, a > 0

Definicja: Transformatą Fouriera na L 2( 1

R ) nazywamy izometryczne rozszerzenie transformaty Fouriera z L 1( 1

1

1

R ) ∩ L 2(R ) na L 2(R ).

Z

n

ˆ

f ( ξ) = L 2 − lim f ( x) e− 2 iπξx dx n→∞

−n

Z

n

ˇ

f ( ξ) = L 2 − lim f ( x) e 2 iπξx dx n→∞

−n

Tożsamość Parsevala: Dla dowolnych funkcji f, g ∈ L 2( 1

R )

Z

Z

f ( x) g( x) dx =

ˆ

f ( x)ˆ

g( x) dx

hf, giL 2 = h ˆ

f , ˆ

giL 2

||f || 2 = || ˆ

f || 2

Transformaty wybranych funkcji z L 2( 1

R )

Funkcja

Transformata

Uwagi

1

eaξu( −ξ)

a ∈

a+2 iπx

C, Re( a) > 0

1

e−aξu( ξ)

a ∈

a− 2 iπx

C, Re( a) > 0

sin x

π 1I

x

[ − 1 , 1 ]

2 π 2 π

2