10 transformada fourier

90
() ()exp( ) F ft i t dt 1 () ( )exp( ) 2 ft F i td La transformada de Fourier 1

description

 

Transcript of 10 transformada fourier

Page 1: 10 transformada fourier

( ) ( ) exp( )F f t i t dt

1( ) ( ) exp ( )

2f t F i t d

La transformadade

Fourier

1

Page 2: 10 transformada fourier

De la Serie de Fourier a la Transformada de Fourier

La serie de Fourier nos permite obtener una representación en el dominio de la frecuencia de funciones periódicas f(t).

¿Es posible extender de alguna manera las series de Fourier para obtener una representación en el dominio de la frecuencia de funciones no periódicas?

Consideremos la siguiente función periódica de periodo T:

2

Page 3: 10 transformada fourier

Tren de pulsos de amplitud 1, ancho p y periodo T:

1f(t)

t. . . -T -T/2

0

T/2 T . . .

p

-p/2 p/2

22

22

22

0

1

0

)(Tp

pp

pT

t

t

t

tf

3

Page 4: 10 transformada fourier

Los coeficientes de la serie compleja de Fourier en este caso resultan puramente reales:

El espectro de frecuencia correspondiente lo obtenemos (en este caso) graficando cn contra = n0.

)(

)(

20

20p

p

n n

nsen

T

pc

4

Page 5: 10 transformada fourier

Espectro del tren de pulsos para p = 1, T = 2

-60 -40 -20 0 20 40 60-0.2

0

0.2

0.4

0.6

w=nw0

c n

5

Page 6: 10 transformada fourier

Si el periodo del tren de pulsos aumenta...

-20 -10 0 10 200

0.5

1

1.5

p = 1, T = 2

t

f(t)

t-20 -10 0 10 200

0.5

1

1.5

p = 1, T = 5

f(t)

-20 -10 0 10 200

0.5

1

1.5

p = 1, T = 10

t

f(t)

-20 -10 0 10 200

0.5

1

1.5

p = 1, T = 20

t

f(t)

6

Page 7: 10 transformada fourier

-50 0 50-0.1

0

0.1

0.2

0.3

p = 1, T = 5

-50 0 50-0.05

0

0.05

0.1

0.15

p = 1, T = 10

-50 0 50-0.02

0

0.02

0.04

0.06p = 1, T = 20

-50 0 50-0.2

0

0.2

0.4

0.6p = 1, T = 2

=n0

c n

...el espectro se "densifica".

7

Page 8: 10 transformada fourier

En el límite cuando T, la función deja de ser periódica:

¿Qué pasa con los coeficientes de la serie de Fourier?

-20 -10 0 10 200

0.5

1

1.5

p = 1, T =

t

f(t)

8

Page 9: 10 transformada fourier

Si se hace T muy grande (T), el espectro se vuelve "continuo":

9

Page 10: 10 transformada fourier

El razonamiento anterior nos lleva a reconsiderar la expresión de una función f(t) no periódica en el dominio de la frecuencia, no como una suma de armónicos de frecuencia n0, sino como una función continua de la frecuencia .

Así, la serie:

al cambiar la "variable discreta" n0 (cuando T) por la variable continua , se transforma en una integral de la siguiente manera:

n

tinnectf 0)(

10

Page 11: 10 transformada fourier

Recordemos:

La serie de Fourier es:-T/2< x < T/2

O bien:

n

tinT

T

tinT edtetftf 00

2/

2/

1 )()(

0

2/

2/

1 2y)( 0

TdtetfcT

T

tinTn

n

tinT

T

tin edtetftf 000

2/

2/21 )()(

dedtetftf titi)()( 21

T

T

/2

/2

0

0

Cuando T , n0 y 0 d y el sumatorio se convierte en:

11

Page 12: 10 transformada fourier

La transformada de Fourier

Es decir,

donde:

Estas expresiones nos permiten calcular la expresión F() (dominio de la frecuencia) a partir de f(t) (dominio del tiempo) y viceversa.

deFtf ti)()( 21

dtetfF ti )()(

Identidad de Fouriero antitrans-formada de Fourier

Transformadade Fourier

12

Page 13: 10 transformada fourier

La transformada de Fourier y la transformada inversa de Fourier

( ) ( ) exp( )F f t i t dt

1

( ) ( ) exp( )2

f t F i t d

En algunos textos, el factor 1/2 se "reparte" entre la transformada y la anti-transformada para obtener simetría en la expresión, como: 1/√(2). 13

Page 14: 10 transformada fourier

Notación: A la función F() se le llama transformada de Fourier de f(t) y se denota por F o , es decir

En forma similar, a la expresión que nos permite obtener f(t) a partir de F() se le llama transformada inversa de Fourier y se denota por F –1 ,es decir

deFtfFF ti)()()]([ 211

dtetffFtfF ti )()(ˆ)()]([

14

Page 15: 10 transformada fourier

Transformadas integrales

– K(,t): núcleo o kernel.

– Asocia a cada función f(t) en el espacio t, directo o real, otra función F() en el espacio o recíproco.

– Ejemplos: de Fourier, Wavelet, transformada Z, de Laplace, de Hilbert, de Radon, etc

dttftKFb

a )(),()(

15

Page 16: 10 transformada fourier

Un problema que es difícil de resolver en sus "coordenadas" (espacio t) originales, a menudo, es más sencillo de resolver al transformarlo a espacio . Después, la transformada inversa nos devuelve la solución en el espacio original.

Problem in

Transform space

Original

problem

Solution in

Transform space

Solution of

original problem

Integral transform

Relatively easy solution

Difficult solution

Inverse transform

16

Page 17: 10 transformada fourier

Ejemplo. Calcular F() para el pulso rectangular f(t) siguiente:

Solución. La expresión en el dominio del tiempo de la función es:

-p/2 0 p/2

1f(t)

t

t

t

t

tfp

pp

p

2

22

2

0

1

0

)(

17

Page 18: 10 transformada fourier

Integrando:

Usando la fórmula de Euler:

2/

2/

)()(p

p

titi dtedtetfF

2/

2/

1p

p

tii e

)( 2/2/1 pipi

i ee

)2/(sinc2/

)2/()( pp

p

psenpF

ieepsen

pipi

2)2/(

2/2/

18

Page 19: 10 transformada fourier

En forma gráfica,la transformada es:

-50 0 50

0

0.5

1F(w) con p=1

w

F(w

)

p =1

t

t

t

tfp

pp

p

2

22

2

0

1

0

)(

)2/(sinc)( ppF

19

Page 20: 10 transformada fourier

Sinc(x/2) es la transformada de Fourier de una función rectángulo.

Sinc2(x/2) es la transformada de Fourier de una función triangulo.

Sinc2(ax) es el patrón de difracción de una ranura.

La función sinc(x)

20

Page 21: 10 transformada fourier

Demostrar que la transformada de Fourier de la función triángulo, (t), es sinc2()

0

2sinc ( / 2)1

t0

( )t1

1/2-1/2

TF

21

Page 22: 10 transformada fourier

Ejercicio: Calcular la Transformada de Fourier de la función escalón unitario o función de Heaviside, u(t):

Grafica U() = F[u(t)].¿Qué rango de frecuencias contiene U()?¿Cuál es la frecuencia predominante?

u(t)

0

1

t

22

Page 23: 10 transformada fourier

La función delta de Kronecker y delta de Dirac

if 0( )

0 if 0

tt

t

t

(t)

,

1 if

0 if m n

m n

m n

23

Page 24: 10 transformada fourier

La función impulso o delta de Dirac

Recordemos que podemos pensar en la función delta como el límite de una serie de funciones como la siguiente:

t

f1(t)

f2(t)

fm(t) = m exp[-(mt)2]/√

f3(t)

(t)

24

Page 25: 10 transformada fourier

Y recordemos algunas propiedades de la función

( ) 1t dt

t

(t)

( ) ( ) ( ) ( ) ( )t a f t dt t a f a dt f a

exp( ) 2 (

exp[ ( ) ] 2 (

i t dt

i t dt

25

Page 26: 10 transformada fourier

Transformada de Fourier de la (t):

)(ttf 1)(ˆ

dtetf ti

t

(t)

1

()

Observa que la transformada de Fourier de f(t) = 1/(2) es:

t

)(dtef̂ ti

21

2

1

Recordemos26

Page 27: 10 transformada fourier

f t

0 , t T

2

1 , T

2t

T

2

0 , T2 t

T

2

T

2

T

2T

2T

2

2)(ˆ

T

Tsen

Tf

27

Page 28: 10 transformada fourier

2

, 0

22 , 1

2

, 0

tT

Tt

T

Tt

tf

2

2)(ˆ

T

Tsen

Tf

f t 1

T ∞

dtef ti1ˆ )( 2

T ∞

28

Page 29: 10 transformada fourier

Transformada de Fourier de la función coseno

0{cos( )}tFcos(0t)

t

)cos( 0ttf

dtetf ti )cos(ˆ0

dteedteee tititititi

)()( 00

00

2

1

2

)()(2

2)(ˆ

00 f

)()()(ˆ00 f

29

Page 30: 10 transformada fourier

Transformada de Fourier de la función seno:

)( 0tsentf

dtetsenf ti )(ˆ0

dte

iee ti

titi

2

00 dteei

titi

)()( 00

2

1

)()()(ˆ00 if

sen(0t)

t

t)}sen({ 0F

30

Page 31: 10 transformada fourier

La transformada de Fourier de la onda plana exp(i0 t)

La TF de exp(i0t) es una frecuencia pura.

F {exp(i0t)}

exp(i0t)

t

t Re

Im

)(2

}{

0)( 0

00

dte

dteeeF

ti

tititi

31

Page 32: 10 transformada fourier

Sum

F {exp(i0t)}

exp(i0t)

t

t Re

Im

TF

TF

32

Page 33: 10 transformada fourier

Encontrar la transformada de Fourier de la función:

0

0,0

0 ,

a

t

tetf

at

0

ˆ dteef tiat

2222

0

)(

0

)(

1

1)10(

1

ai

a

aia

ia

ia

iaia

iaedte

tiatia

33

Page 34: 10 transformada fourier

La transformada de Fourier de una Gaussiana, exp(-at2), es otra Gaussiana.

2 2

2

{exp( )} exp( )exp( )

exp( / 4 )

at at i t dt

a

F

t0

2exp( )at

0

2exp( / 4 )a

TF

Más adelante lo demostraremos.34

Page 35: 10 transformada fourier

La transformada inversa de Fourier

Dada la función en el espacio recíproco G(k), podemos retornar al espacio directo mediante la inversa de la transformada de Fourier:

dkekGkGFxg ikx)(2

1)()( 1

dxexgkG ikx)()(

)'(

)'(

)'(

''

2

1)(

)()(2

1

xg

xx

xxik

ikxikxikx

dxdkexg

dkedxexgdkekG

35

Page 36: 10 transformada fourier

A partir de su definición, obtener la transformada inversa de Fourier de la función

33 3

5

3

2

iig

3orden de polo 3

3)(

3

2

:residuos) de (teoría de Cálculo

3

5

3

2

3

5

3

2

3

31

1

33

331

1

21

iziz

ezf

dei

I

I

dei

dei

deii

gF

deggF

izx

xi

I

xi

I

xi

xi

xi

36

Page 37: 10 transformada fourier

0x;0I

0x;ex2

5π2f(z)πi10I

2

eixf(z)

3 orden i polo de3z3iz

ef(z)

dωe3iω

5I

):e residuos (teoría d ICálculo de

0x;0I

0x;eπx2f(z)πi4I

2

eixf(z)

2

x32

i3z2

x32

i3z

3

izx

iωω32

2

1

x32

i3-z1

x32

i3-z

sRe

sRe

sRe

sRe

37

Page 38: 10 transformada fourier

0x;ex5

0x;ex2gF

:esFourier de inversa ada transformla Luego

x32

x321

38

Page 39: 10 transformada fourier

6136

1)(

2

ig

degxf xi)()(

A partir de la definición, obtener la transformada inversa de Fourier

de la función:

Respuesta.

Integrando en el plano complejo:

izizzzzz

zg2

3 ,

3

2 ,

))((6

1)( 21

21

39

Page 40: 10 transformada fourier

• Si x > 0:

R

RR

kk

izx

dwwGdzzG

zzGidzezg

)()(

)),((Res2)(

)(

2

1

izxg(z)eG(z) Tomando

Haciendo lim R→∞

06136

1lim)(lim Como

2zz izzzg

-R R

C

40

Page 41: 10 transformada fourier

Jordan) de 3 (Lema 0)(lim)(R

R

izxdxezg

Entonces:

xx

k eezzGixf 3

2

2

3

5

2)),((Res2)(

• Si x < 0:

R

RR

kk

izx

dwwGdzzG

zzGidzezg

)()(

)),((Res2)(

)(

2

1

41

Page 42: 10 transformada fourier

-R R

Haciendo lim R→∞

06136

1lim

)(lim Como

2z

z

izz

zg

Jordan) de 3 (Lema 0)(lim)(R

R

izxdxezg

Entonces: 0)),((Res2)( kzzGixf

0 , x 0

0 , x ee5

π2f(x)

x3

2x

2

3

42

Page 43: 10 transformada fourier

Algunas funciones no poseen transformada de Fourier

La condición de suficiencia para que la transformada de Fourier de f(x), F() exista es:  

es decir, que f(x) sea de cuadrado sumable. Funciones que no vayan asintóticamente a cero cuando x tiende a + y – en general no tienen transformadas de Fourier.

dxxg2

)(

43

Page 44: 10 transformada fourier

La TF y su inversa son simétricas.

( ) exp( )

12 ( )exp( [ ] )

2

F t i t dt

F t i t dt

Si la TF de f(t) es F(), entonces la TF de F(t) es:

Renombrando la variable de integración de t a ’, podemos ver que llegamos a la TF inversa:

12 ( )exp( [ ] )

2F i d

2 ( )f

Este el motivo por el que a menudo f y F se dice que son un "par transformado."

Que podemos escribir:

44

Page 45: 10 transformada fourier

La transformada de Fourier es en general compleja

La transformada de Fourier F(k) y la función original f(x) son ambas en general complejas.

De modo que la transformada de Fourier puede escribirse como:

)()()( kiFkFxfF ir

potencia de espectro A

espectral fase

espectral magnitud o amplitud

)(

)()()(

2222

22

)(

ir

ir

ki

FFF

A

FFkFA

ekAkFxfF

45

Page 46: 10 transformada fourier

La transformada de Fourier cuando f(x) es real

La TF F(k) es particularmente simple cuando f(x) es real:

dx)kxsin()x(f)k(F

dx)kxcos()x(f)k(F

dx)kx(isen)kxcos()x(fdxe)x(f

i

r

ikx

)k(iF)k(F)x(fF ir

46

Page 47: 10 transformada fourier

Propiedades de las transformadas de Fourier:

1. Linealidad:

f (t) F .T . ˆ f g(t) F .T . ˆ g

f (t) g(t) F .T . ˆ f ˆ g

f (t) F .T . ˆ f (a ib) f (t) F .T . (a ib) ˆ f

47

Page 48: 10 transformada fourier

La transformada de Fourier de la combinación lineal de dos funciones.

f(t)

g(t)

t

t

t

F()

G()

f(t) + g(t)

F() + G()

)}({)}({

)}()({

tgbFtfaF

tbgtafF

48

Page 49: 10 transformada fourier

Calcular la transformada de Fourier de la siguiente función:

f (t)

0 , t a2

1 , b

2 t

a

2

2 , t b2

; a b 0

La función f(t) se puede escribir también del siguiente modo:

f (t) g(t) h(t)

donde g(t) 0 , t a

2

1 , t a2

; h(t)0 , t b

2

1 , t b2

49

Page 50: 10 transformada fourier

Luego:

ˆ f ( ) ˆ g () ˆ h ()

2b2b

sen

2

b

2a2a

sen

2

a)(f̂

50

Page 51: 10 transformada fourier

Calcular la transformada de Fourier de la siguiente función:

0

1

-a -b b a0

51

Page 52: 10 transformada fourier

Tenemos que calcular la transformada de Fourier de la siguiente función:

f t

0, t a

1, a t b

0, b t b

1, b t a

0, t a

; h(t) 0 , t b

1 , t b

g( t)0 , t a

1 , t a

f t g(t) h(t)

52

Page 53: 10 transformada fourier

F.T . ˆ g () 2a

2sen(a)

a

h(t) 0 , t b

1 , t b

g( t)0 , t a

1 , t a

F.T . ˆ h () 2b

2sen(b)

b

ˆ f () ˆ g () ˆ h () 2a

2sen(a)

a

2b

2sen(b)

b

53

Page 54: 10 transformada fourier

)(ˆ ftfF

af

adtetf

a

atdeatfa

dteatfatfF

ta

i

ata

i

ti

ˆ1')'(

1

)()(1

)(

'

)(

2. Escalado:

af

aatfF

ˆ1

54

Page 55: 10 transformada fourier

Efecto de la propiedad de escalado

f(t) F()

Pulsocorto

Pulsomedio

Pulsolargo

Mientras más corto es el pulso, más ancho es el espectro.

Esta es la esencia del principio de incertidumbre en mecánica cuántica.

t

t

t55

Page 56: 10 transformada fourier

La transformada de Fourier respecto al espacio

Si f(x) es función de la posición,

k se conoce como frecuencia espacial.

Todo lo expuesto sobre la transformada de Fourier entre los dominios t y se aplica los dominios x y k.

k

x )(ˆ)( kfdxexfxfF ikt

56

Page 57: 10 transformada fourier

3. Traslación en el dominio de tiempos

featfftf aiTFTF ˆ)(ˆ)( ....

dtetgg ti )(ˆ

dteatf ti)(

dueufg aui )()(ˆ

dueufe uiai )(

)(ˆˆ feg ai

f (t a)g(t)

57

Page 58: 10 transformada fourier

4. : f (t) f *(t) ˆ f ˆ f *

)(ˆIm)(ˆIm

)(ˆRe)(ˆRe

ff

ff

5. :

dttff )(0ˆ

dff )(ˆ2

10

58

Page 59: 10 transformada fourier

5. Identidad de Parseval : f *(t)g( t)dt

ˆ f *() ˆ g ( )d

dtdgdf ee

titi'

')'(ˆ)(ˆ *

edtgdfd

ti

'

)'(ˆ')(ˆ )(*

( ' )

f (t) g( t) f (t) 2

dt

ˆ f ( ) 2

d

Teorema de Rayleigh

dgf )(ˆ)(ˆ *

En particular:

59

Page 60: 10 transformada fourier

Toda función puede escribirse como la suma de una función par y una función impar

( ) [ ( ) ( )] / 2

( ) [ ( ) ( )] / 2

( ) ( ) ( )

E x f x f x

O x f x f x

f x E x O x

E(-x) = E(x)

O(-x) = -O(x)

E(x)

f(x)

O(x)

Sea f(x) una función cualquiera.

60

Page 61: 10 transformada fourier

Transformadas de Fourier de funciones pares, f(t) = f(-t):

dttff eti )(ˆ

0

0

)()( dttfdttf eetiti

0 0

)()()(ˆ dttfdttff eetiti

0

)( dttf eetiti

0

)cos()(2ˆ dtttff

61

Page 62: 10 transformada fourier

0 0

)()()(ˆ dttfdttff eetiti

Transformadas de Fourier de funciones impares, f(t) = -f(-t):

dttff eti )(ˆ

0

0

)()( dttfdttf eetiti

0

)( dttf eetiti

0

)()(2ˆ dttsentfif

62

Page 63: 10 transformada fourier

6. Transformada de la derivada:

ikF(k)ikF(f(x))(x))fF(

)k´(iF))x(f´(iF)x(xfF

7. Transformada xf(x):

Ejercicio: demostrar las propiedades anteriores.

Y en general:

F(k)ik(x))F(f n)n(

Y en general:

)k´(Fi)x(fxF nn 63

Page 64: 10 transformada fourier

1. Encontrar la transformada de Fourier de la función:

2. A partir del resultado anterior y una conocida propiedad de la transformada de Fourier, determina la transformada de Fourier de la función:

21

1)(

xxf

221 x

x)x(g

iz-izzfz

zfdzz

eI

dxx

ekF

ikz

ikx

21

22

2

y excepto C,z analítica es )(1

1)(con 3" tipo" integral

1

:complejo plano al integral la Pasamos1

)( integral lapiden Nos1.

64

Page 65: 10 transformada fourier

k

kikz

iz

ikz

iz

kikz

iz

ikz

iz

ekF

eiz

ei

z

eikF

eiz

ei

z

eikF

lím

lím

)(:que modo De

21

2)(

:C circuito elen integramos 0k Para

21

2)(

:C circuito elen integramos 0k Para

2

1

2

2

Res

Res

C1

C2

21)(

12

1

2

:1

2y que Puesto

22

2222

22

k

k

eik

x

xFkG

eikx

xF

x

xF

x

x

dx

df fikF

dx

dfF

2.

65

Page 66: 10 transformada fourier

Encontrar la transformada de Fourier de la función: siendo a>0 constante.

2exp)(

2axxf

)(2

exp)(2

exp)(22

xaxfax

axxfax

xf

)´()( kiaFkikF

Derivando tenemos:

)´())(´()(

)())(())((

kiFxfiFxxfF

kikFxfikFxfF

Transformando a ambos lados de la ecuación y usando las siguientes propiedades de la TF:

Veamos otra aplicación de estas dos últimas propiedades:

66

Page 67: 10 transformada fourier

a

k

t

uuax

ikxax

a

k

ea

kF

adt

t

e

a

duea

duea

dxeFB

dxeeBekF

2

0

0

2

22

2

22

2

22

2)(

22

22

2)0(

)(

u2 = ax2/2

a

k

BekFkiaFkikF 2

2

)()´()(

u2 = t

67

Page 68: 10 transformada fourier

ConvoluciónSe define la integral de convolución de dos funciones f(t) y g(t) del siguiente modo:

duutguftgf )()()(

dutgutf )()(

68

Page 69: 10 transformada fourier

69

Page 70: 10 transformada fourier

rect(x) * rect(x) = (x)

Ejemplo visual:

70

Page 71: 10 transformada fourier

Convolución con la función delta

Convolucionar una función con una delta, simplemente centra la función sobre la delta.

( ) ) ( ) ( – )

( )

f t t a f t u u a du

f t a

71

Page 72: 10 transformada fourier

Propiedades de la convolución

Commutativa:

Asociativa:

Distributiva:

fggf

f (g h)( f g) h

f (gh) f g f h72

Page 73: 10 transformada fourier

)()()(*)( wGwFtgtfF

El teorema de convolución oteorema de Wiener-Khitchine

Convolución en el espacio real es equivalente a

multiplicación en el espacio recíproco.

73

Page 74: 10 transformada fourier

Ejemplo del teorema de convolución

2

{ ( )}

sinc ( / 2)

x

k

F{rect( )}

sinc( / 2)

x

k

F

rect( ) rect( ) ( )x x x

2sinc( / 2) sinc( / 2) sinc ( / 2)k k k

74

Page 75: 10 transformada fourier

dudegdef

duutguftgf

utiui ')'(ˆ2

1)(ˆ

2

1

)()()(

)('

dfddueeg

uiti)(ˆ'

2

1 )'(ˆ

)'(

)'('

Demostremos el teorema de convolución.

75

Page 76: 10 transformada fourier

)()( )(ˆ )(ˆ tgtfdegf ti

dfdeg

ti )(ˆ ')'( )'(ˆ '

)()()(*)( wGwFtgtfF

Aplicando la TF a ambos lados:

76

Page 77: 10 transformada fourier

2 , )cos(

2 , 0

)(

0

Ttt

Tt

tf

Ejemplo de aplicación del teorema de convolución:

Calcular la transformada de Fourier de la siguiente función:

2

2

0 )cos(ˆ

T

T

ti dtetf

2

2

2

00

T

T

tititi

dteee

2

20

)(

0

)( 00

2

1)(ˆ

T

T

titi ieief

Podemos hacerlo aplicando la definición:

77

Page 78: 10 transformada fourier

2

)()2(

2)(

)2(

2

1)(ˆ

00

00

Tsen

iiTsen

iif

2

2)(

2

2)(

2)(ˆ

0

0

0

0

T

Tsen

T

Tsen

Tf

2 , )cos(

2 , 0

)(

0

Ttt

Tt

tf

78

Page 79: 10 transformada fourier

2 , 1

2 , 0

)(T

t

Tt

th

; g t cos(0t)

)()(2

)(ˆ 00 g

2

2)(ˆ

T

Tsen

Th

2 , )cos(

2 , 0

)(

0

Ttt

Tt

tf

)()( tgthtf

TF

TF

Pero, también podemos usar:

ghhgf ˆˆˆ

79

Page 80: 10 transformada fourier

dtetgthgh ti

)()(

2

1)(ˆˆghhgf ˆˆˆ

')'(ˆ)'(ˆ)(ˆˆ dghgh

')'()'(2

2'

2'

2

100

d

T

Tsen

T

2

2)(

2

2)(

22

1))(ˆˆ()(ˆ

0

0

0

0

T

Tsen

T

Tsen

Tghf

80

Page 81: 10 transformada fourier

Calcular la transformada de Fourier del producto de convolución de lassiguientes funciones:

f (t) 0 , t a b

2

1 , t a b2

g( t) 2 t a b

2

t

a b

2

81

Page 82: 10 transformada fourier

El producto de convolución de las funciones f(t) y g(t) es:

f g (t) 1

2f (u)

g(t u)du

f g (t) f (u)

( t a b

2 u) (t

a b

2 u)

du

f g (t) f (t a b

2) f (t

a b

2)

es decir que el producto de convolución de f(t) y g(t) son dos funcionespulso de anchura a-b centradas en (a+b)/2 y -(a+b)/2 cuya gráfica es lasiguiente: 82

Page 83: 10 transformada fourier

0

1

-a -b b a0

y cuya transformada de Fourier calculamos en el ejercicio anterior:

2a

2sen(a)

a

2b

2sen(b)

b83

Page 84: 10 transformada fourier

Una forma alternativa para calcular la transformada de Fourier delproducto de convolución de f(t) y g(t) es usar el teorema de convolución, según el cuál, la transformada de Fourier del producto de convolución de f(t) y g(t) es igual al producto de las transformadas de Fourier respectivasde f(t) y g(t):

f g (t) F .T . ˆ f () ˆ g ()

f (t) 0 , t a b

2

1 , t a b2

F.T . ˆ f () a b

2

sen(a b

2)

a b

2

84

Page 85: 10 transformada fourier

Calculamos la transformada de Fourier de g(t):

ˆ g 1

2g(t)

ite dt

ˆ g 1

22 t

a b

2

t

a b

2

ite dt

ˆ g i ab

2e i ab

2e 2cos a b

2

ˆ f () ˆ g a b

2

sen(a b

2)

a b

2

2cos a b

2

85

Page 86: 10 transformada fourier

ˆ f () ˆ g a b

2

sen(a b

2)

a b

2

2cos a b

2

ˆ f () ˆ g 2

1

2sen(

a b

2)cos

a b

2

ˆ f () ˆ g 2

1

sen(a) sen b

que coincide con la transformada que habíamos calculado del otro modo.

86

Page 87: 10 transformada fourier

ˆ f ( ) T 2

2

sen2(T

2)

2T 2

4

Utilizar el teorema de convolución para calcular la antitransformada de Fourier de la siguiente función:

Tenemos que calcular la antitransformada:

f t 1

2ˆ f ( )

ite d

f t 1

2T 2

2

sen2 (T

2)

2T 2

4

ite d

1

2T

2

sen(T

2)

T

2

2

ite d

87

Page 88: 10 transformada fourier

f (t) 1

2T

2

sen(T

2)

T

2

T

2

sen(T

2)

T

2

ite d

y, llamando:

ˆ g ( )T

2

sen(T

2)

T

2

nos queda que:

f (t) 1

2ˆ g ( )ˆ g ( )

ite d

1

22 g g (t)

Teorema de convolución

g(t)0 , t T

2

1 , t T2

Antitransformadade Fourier

88

Page 89: 10 transformada fourier

Por tanto, la integral de convolución de g(t) consigo misma queda:

g g (t) 1

2g(u)

g(t u)du

g(t)0 , t T

2

1 , t T2

donde

Si t T g g (t) 0

Si T t 0 g g (t)1

211

T

2

tT

2

du t T

289

Page 90: 10 transformada fourier

Si 0 t T g g (t) 1

211

t T

2

T

2

du T t

2

Si t T g g (t) 0

Luego:

f (t) g g (t) T t

2 , t T

0 , t T

90