傅里叶十大变换公式

教育知识 2026-02-24 11:03:33 阎珍行

傅里叶十大变换公式】傅里叶变换是信号处理、图像分析、通信系统和物理等领域中非常重要的数学工具。它能够将一个时间域或空间域的信号转换为频率域,便于分析其频率成分。在实际应用中,常见的傅里叶变换有多种形式,以下总结了“傅里叶十大变换公式”,涵盖连续与离散、正变换与逆变换等不同情况。

一、傅里叶变换的基本概念

傅里叶变换的核心思想是:任何周期性或非周期性的信号都可以表示为一系列正弦波的叠加。通过傅里叶变换,可以将信号从时域转换到频域,从而更容易进行滤波、压缩、特征提取等操作。

二、傅里叶十大变换公式总结

序号 变换名称 公式(正变换) 公式(逆变换)
1 连续傅里叶变换(FT) $ F(\omega) = \int_{-\infty}^{\infty} f(t) e^{-j\omega t} dt $ $ f(t) = \frac{1}{2\pi} \int_{-\infty}^{\infty} F(\omega) e^{j\omega t} d\omega $
2 离散傅里叶变换(DFT) $ F[k] = \sum_{n=0}^{N-1} f[n] e^{-j2\pi kn/N} $ $ f[n] = \frac{1}{N} \sum_{k=0}^{N-1} F[k] e^{j2\pi kn/N} $
3 快速傅里叶变换(FFT) 一种高效计算DFT的算法,基于分治策略,复杂度为O(N log N) 同DFT逆变换
4 傅里叶级数(FS) $ f(t) = \sum_{n=-\infty}^{\infty} c_n e^{j n \omega_0 t} $ $ c_n = \frac{1}{T} \int_{-T/2}^{T/2} f(t) e^{-j n \omega_0 t} dt $
5 离散时间傅里叶变换(DTFT) $ F(e^{j\omega}) = \sum_{n=-\infty}^{\infty} f[n] e^{-j\omega n} $ $ f[n] = \frac{1}{2\pi} \int_{-\pi}^{\pi} F(e^{j\omega}) e^{j\omega n} d\omega $
6 离散余弦变换(DCT) $ F[k] = \sum_{n=0}^{N-1} f[n] \cos\left( \frac{\pi}{N} (n + \frac{1}{2}) k \right) $ $ f[n] = \sum_{k=0}^{N-1} F[k] \cos\left( \frac{\pi}{N} (n + \frac{1}{2}) k \right) $
7 拉普拉斯变换(LT) $ F(s) = \int_{0}^{\infty} f(t) e^{-st} dt $ $ f(t) = \frac{1}{2\pi j} \int_{c - j\infty}^{c + j\infty} F(s) e^{st} ds $
8 Z变换 $ F(z) = \sum_{n=-\infty}^{\infty} f[n] z^{-n} $ $ f[n] = \frac{1}{2\pi j} \oint F(z) z^{n-1} dz $
9 卷积定理 $ \mathcal{F}\{f(t) g(t)\} = F(\omega) G(\omega) $ $ f(t) g(t) = \frac{1}{2\pi} \int_{-\infty}^{\infty} F(\omega) G(\omega) e^{j\omega t} d\omega $
10 相关定理 $ \mathcal{F}\{f(t) \otimes g(t)\} = F(\omega) G^(\omega) $ $ f(t) \otimes g(t) = \frac{1}{2\pi} \int_{-\infty}^{\infty} F(\omega) G^(\omega) e^{j\omega t} d\omega $

三、小结

傅里叶变换家族包含多个变种,每种都有其适用场景。例如:

- FT 适用于连续信号;

- DFT 和 FFT 用于数字信号处理;

- DTFT 用于离散时间信号的频域分析;

- DCT 常用于图像和音频压缩;

- LT 和 Z变换 用于系统分析和控制理论;

- 卷积定理 和 相关定理 是信号处理中的重要性质。

掌握这些变换公式有助于更深入地理解信号的本质,并在工程实践中灵活应用。

如需进一步了解某一种变换的具体应用场景或推导过程,可继续探讨。

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