Chapter 1

发布时间 2023-10-07 11:40:29作者: 过_路_人

Chapter 1

复指数的性质

\(e^{j\theta}=cos\theta+jsin\theta\)

由此推出 \(cos\theta\) 是复数的实部,\(sin\theta\) 是指数的虚部,且对于任何模数为 \(1\) 的复数,

\[Re\{e^{j\theta}\}=cos\theta=\frac{e^{j\theta}+e^{-j\theta}}{2}\\ Im\{e^{j\theta}\}=sin\theta=\frac{e^{j\theta}-e^{-j\theta}}{2} \]

函数的拆分

任何函数都可以被唯一的拆分成一个奇函数和一个偶函数,即

\[x(t)=x_e(t)+x_o(t)\\ x_e(t)=\frac{1}{2}(x(t)+x(-t))\\ x_o(t)=\frac{1}{2}(x(t)-x(-t)) \]

假设有多种被拆分的形式,即 \(x(t)=f_1+g_1=f_2+g_2\) (其中 \(f\) 为奇函数, \(g\) 为偶函数),

那么 \(f_1-f_2=g_2-g_1\)

由于 奇函数 - 奇函数 = 奇函数,等式两边奇偶性相同,则 \(f_1-f_2=g_2-g_1=0\)

含有复数的指数、三角函数

指数函数

\(x(t)=e^{j\omega_0 t}\)

周期性:

\[x(t+T)=e^{j\omega_0 t}e^{j\omega_0T}=e^{j\omega_0 t}\\ e^{j\omega_0 T}=1\\ \omega_0T=2k\pi (k=\pm 1, \pm 2,\cdots) \\ T_0=\frac{2\pi}{|\omega_0|} \]

三角函数

由于 \(Ae^{j(\omega_0 t+\phi)}=Acos(\omega_0t+\phi)+Ajsin(\omega_0t+\phi)\)

\(Acos(\omega_0t+\phi)=\frac{A}{2}e^{j\phi}e^{j\omega_0t}+e^{-j\phi}e^{-j\omega_0t}\)

二者的周期是同步的

两种函数的能量

注意 \(e^{j\omega_0t}\) 是模长为 \(1\) 的复数,所以对于 \(e^{j\omega_0t}\)\(E_{period}=\int_0^{T_0}e^{j\omega_0t}dt=\int_0^{T_0}1dt=T_0\)

对于 \(Acos(\omega_0t+\phi)\)\(E_{period}=\int_0^{T_0}A^2cos^2(\omega_0t+\phi)dt\)

考虑 和差化积\(cos^2\alpha=\frac{cos2\alpha + 1}{2}\)

\(E_{period}=\frac{A^2}{2}\int_0^{T_0}(1+cos(2\omega_0t+2\phi))dt=\frac{A^2}{2}T_0\)

指数函数产生的“谐波”

基波频率 \(\omega_0\) ,谐波频率是基波频率的 \(k\)

震荡频率

对于指数函数和三角函数,当频率 \(\omega_0\)\(0\)\(\pi\) 震荡频率增大,从 \(\pi\)\(2\pi\) 震荡频率减小

e.g. \(cos(\pi t)\) 的震荡频率大于 \(cos(\frac{3}{2}\pi t)\)