傅里叶变换---只会抄书的绕行,本贴内容现有书上没有!

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 楼主| xukun977 发表于 2021-6-7 13:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 xukun977 于 2021-6-7 13:25 编辑


声明:

下述内容,几乎全概率不可能从现有书籍中抄到。建议只会抄书的绕行。












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 楼主| xukun977 发表于 2021-6-7 13:31 | 显示全部楼层



我敢保证,下面所说内容,整个地球上,大概率是没有人能知道的,书上更不可能有写:






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《高等数学》顾名思义自然比初等数学要高出个头来,但高在哪里呢?随便翻开一本《高等数学》观其目录会发现不外乎包括如下几个部分:

一,集合论
二,映射与函数
三,极限论
四,一元微积分
五,多元微积分
六,向量代数与场论初步
七,级数论

集合论其实不算什么新鲜玩意儿,高中早有谋面,而且在《高等数学》中也仅涉及到其浅显的知识。在《高等数学》中需要知道的是开闭区间,领域,去心领域等实数域中的基本集合。

函数应该是个早已熟悉的概念,而映射其实是“函数”的进一步抽象。关于映射与函数,由于其是《高等数学》之舞台(高等数学就是关于实函数的一门学科)所以会在后面给出专门的进一步说明。

极限论可以说是《高等数学》的门槛,其也是区别于初等数学的分水岭。极限论是《高等数学》后续内容的基础,其也是整个《高等数学》的一个难点。为此,会在后面对极限论基本理论给出详细且有条理的描述。

一元微积分是《高等数学》的核心内容,但其基础却是极限论。可以说《高等数学》的后续内容基本上都是极限论在各相关方面的直接应用。一元微积分在一些比较简单的场合(通常是一维空间或可简化为一维处理的问题)已经有其用武之地,此外它也是后续多维分析的基础。为此,会在后面给出相关概念、方法和应用等的一些扼要描述。

多元微积分是《高等数学》另一个难点,初看起来其似乎仅是一元微积分的多维拓广,但就是由于此将导致问题的复杂性。多元微积分是后续场论的基础,而场论则是《物理学》和相关工程应用中的必要工具。相关内容将在后面给出简单介绍。

向量代数与场论初步可谓《高等数学》的一个制高点,其在其它各领域中的应用相当普遍(如《电磁学》等)。相关内容也将会在后续给出简单介绍。

级数论是《高等数学》的又一个制高点,其是数列极限(极限的一类)的一个直接拓广和应用。是“展开”理论的基础,也是近似计算和误差估计的有力工具。常见的泰勒级数和傅里叶级数等都是其直接的应用。相关内容同样会在后续给出简单介绍。


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HWM|   楼主 | 2013-2-12 20:37 | 只看该作者


映射

映射其实是个很直观的概念,如:阳光下人在地面上的投影、摄影、三角形的外接圆、y = x²、y' = (d/dx)y 等等。

数学上看,映射由三部分组成:原像空间(集合)X、像空间(集合)Y、规则f。表示为:

    f:X→Y

其意义是X中的任一元素x(或称原像)在Y中有唯一的一个元素y(或称像)按规则f与之对应。这里有两个重点,1)“X中的任一元素x”,这意味着X中任一元素都适合规则f,即X就是规则f的定义域(记为Df,显然 Df = X);2)“Y中有唯一的一个元素按规则f与之对应”,这意味着与原像x对应的像是唯一的,即所谓的单值性。

虽然规则f的定义域就是原像空间X,但其通过规则f映射到像空间Y中的所有元素组成的集合(称值域,记为Rf)未必就是像空间Y本身,一般为Y的子集(即Rf⊆Y)。此外,不同的原像x还可以通过规则f映射到同一个像y上,即按规则f对应于像y的原像不要求唯一。

如果对应于像y的原像x唯一(即若原像x1和x2的像是同一个y,则x1 = x2),此映射则被称为单射。如果映射的值域Rf等于像空间Y(即Rf = Y),则此映射被称为满射。若两个都成立(即既是单射又是满射),则此映射称为双射(或一一对应)。

对于单射,由于值域Rf(Rf⊆Y)中的每个像y在原像空间X中都存在唯一的原像x与之对应,显然可构造一个映射,记为:

    f⁻¹:Rf→X

此映射被称为映射f:X→Y的逆映射。显然,此逆映射的定义域是Rf,值域是X(即满射)。此外,由原映射的像唯一性可知其逆映射必然是个单射,故f⁻¹:Rf→X是个双射。

单射是逆映射存在的充要条件。

如果存在两个映射

    f:X→Y
    g:Y→Z

并且满足Rf⊆Y(或Rf⊆Dg),则可构造一个映射g•f,表示为

    g•f:X→Z

其意义是X中任一元素x先根据规则f映射到Y中的元素y,然后再根据规则g(由Rf⊆Dg确保y∈Dg)将y映射到Z中的元素z。映射g•f:X→Z被称为映射f:X→Y和g:Y→Z的复合映射。


至此,回过头来看几个实例:

一,摄影

摄影是通过摄影器材按一定的规律将现实世界中的某三维实体映射到胶片或电子图像传感器上形成二维图像。显然,摄影作为映射其非单射。此外由于道德和法律的约束其像空间不能是随意的,所以摄影的原像空间(定义域)也必然受到约束。如果你不顾这些约束在任何场合随意拍摄,其结果可能是小则被痛揍一顿而大则将遭牢狱之灾。

二,函数

    y = f(x) = sin(x)
    z = g(y) = √y

显然,这是个复合函数(√sin(x))。由于Dg = {y|y≥0},所以必须有Rf = Dg ∩ {y|-1≤y≤1} = {y|0≤y≤1}。由此可知复合函数z = g•f(x) = √sin(x)的定义域为Dgf ={x|2kπ≤x≤(2k + 1)π,k∈N} = X。可将其表示为

    g•f:X→R

其中R为实数域,而g•f的值域是Rgf = {z|0≤z≤1}⊂R。

三,函数

    y = f(x) = x²    (x≥0)

这个函数可表示为

    f:X→R

其中X = Df = {x|x≥0},而且Rf = {y|y≥0}⊂R。一般而言,有x = ±√y,但因为有x≥0的定义域限制显然此映射是个单射,所以存在逆映射











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雪山飞狐D 发表于 2021-6-7 17:55 | 显示全部楼层
本帖最后由 雪山飞狐D 于 2021-6-7 18:17 编辑

  坐标正交--》ax+by 表示坐标系任意一点,数学上表示为点积,其无穷组合可以表示整个XY平面
  函数正交--》asinwt+bcoswt 无穷组合表示任意有界频率函数--》引申为傅里叶级数
  傅里叶级数--》T趋向无穷,使得时间有限的有界函数可以拆解--》傅里叶变换
  
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