+ b n sin 2πnx. a n cos 2πnx T

Podobné dokumenty
Zadání čtvrté série

Základy automatického riadenia - Prednáška 2

Jozef Kiseľák Sada úloh na precvičenie VIII. 15. máj 2014 A. (a) (b) 1

BRKOS

Biharmonická rovnica - ciže co spôsobí pridanie jedného laplasiánu

UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE FAKULTA MATEMATIKY, FYZIKY A INFORMATIKY BAKALÁRSKA PRÁCA Bratislava 2011 Roman Kukumberg

UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE FAKULTA MATEMATIKY, FYZIKY A INFORMATIKY Pouºitie teórie extrémnych hodnôt vo finan níctve DIPLOMOVÁ PRÁCA Bratisla

Katedra Informatiky Fakulta Matematiky, Fyziky a Informatiky Univerzita Komenského, Bratislava Podobnos slov (Diplomová práca) Martin Vl ák Vedúci: RN

Funkcie viac premenných

4. Pravidlo ret azenia. Často sa stretávame so skupinami premenných, ktoré zložitým spôsobom závisia od iných skupín premenných. Pravidlo ret azenia p

9. Elastické vlastnosti kry²tálov Cie om tejto predná²ky je zhrnú základné poznatky z mechaniky kontinua. Úlohou je ur i, ako sa deformuje daný kus lá

III. Diferenciálny počet funkcie viac premenných (Prezentácia k prednáškam, čast B) Matematická analýza IV (ÚMV/MAN2d/10) RNDr. Lenka Halčinová, PhD.

Princípy tvorby softvéru Modelovanie domény

U N I V E R Z I T A K O M E N S K É H O Fakulta matematiky, fyziky a informatiky Katedra informatiky Vybrané kapitoly z teoretickej informatiky-ii Rie

A 1

Pokrocilé programovanie XI - Diagonalizácia matíc

Vzt'ah tenzorov T ij a σ ij v mechanike tekutín Marián Fecko KTF&DF, FMFI UK, Bratislava Ciel'om je pozriet' sa vzt'ah tenzorov T ij a σ ij. Oba súvis

Pocítacové modelovanie - Šírenie vln v nehomogénnom prostredí - FDTD

UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE FAKULTA MATEMATIKY, FYZIKY A INFORMATIKY VALUE-AT-RISK A CONDITIONAL VALUE-AT-RISK AKO NÁSTROJE NA MERANIE RIZIKA P

Axióma výberu

FAKULTA MATEMATIKY, FYZIKY A INFORMATIKY UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE Ekonomická a nan ná matematika Asymptotické metódy oce ovania ázijských ty

Microsoft Word - mpicv11.doc

Matematika 2 - cast: Funkcia viac premenných

1 Priebeµzné písomné zadanie µc.1. Príklady je potrebné vypoµcíta t, napísa t, a odovzda t, na kontrolu na nasledujúcej konzultácii. Nasledujúce integ

Lorentzova sila a jej (zov²eobecnená") potenciálna energia Marián Fecko KTF&DF, FMFI UK, Bratislava Na predná²ke sme sa dozvedeli, ºe Lorentzova sila

text k predná²ke a úlohy k cvi eniam z vybraných kapitol z matematiky mi²o demetrian 1 1 Funkcionálne rady, rovnomerná konvergencia 1.1 ƒíselné rady -

Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta BAKALÁ SKÁ PRÁCE Estera Vörösová Stochastické modely pro posloupnosti nervových impuls Katedr

UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE FAKULTA MATEMATIKY, FYZIKY A INFORMATIKY BEHAVIORÁLNE VPLYVY NA SIETE FINAN NÝCH SUBJEKTOV Diplomová práca 2013 Bc.

Univerzita Komenského v Bratislave Fakulta matematiky, fyziky a informatiky Katedra aplikovanej matematiky a ²tatistiky Hodnotenie výkonnosti portfóli

Vizualizace geometrických algoritmů

Testy z CSS_2015_16

DP.pdf

UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE FAKULTA MATEMATIKY, FYZIKY A INFORMATIKY ANALÝZA A NÁVRH NUMERICKÝCH ALGORITMOV NA RIE ENIE NELINEÁRNYCH ROVNÍC BLA

Ďalšie vlastnosti goniometrických funkcií

Operačná analýza 2

Informačná a modelová podpora pre kvantifikáciu prvkov daňovej sústavy SR

ADSS2_01

Snímka 1

9.1 MOMENTY ZOTRVACNOSTI \(KVADRATICKÉ MOMENTY\) A DEVIACNÝ MOMENT PRIEREZU

Spracovanie multimediálnych signálov I Ján Staš

Numerické riešenie všeobecnej (klasickej) DMPK rovnice.

Bariéra, rezonančné tunelovanie Peter Markoš, KF FEI STU February 25, 2008 Typeset by FoilTEX

Princípy tvorby softvéru Programovacie paradigmy

Operačná analýza 2

UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE fakulta matematiky, fyziky a informatiky Aproximácia cien dlhopisov v dvojfaktorových modeloch úrokových mier Diplo

Matematicko-fyzikálna fakulta Univerzity Karlovej v Prahe SPRÁVA O TUDENTSKOM FAKULTNOM GRANTE Marek Martaus Testování prototyp modul vnit ního detekt

Microsoft Word - FRI”U M 2005 forma B k¾úè.doc

1. KOMPLEXNÉ ČÍSLA 1. Nájdite výsledok operácie v tvare x+yi, kde x, y R. a i (5 2i)(4 i) b. i(1 + i)(1 i)(1 + 2i)(1 2i) (1 7i) c. (2+3i) a+bi d

Microsoft Word - Transparencies03.doc

Viacrozmerné úlohy RBC-typu

Princípy tvorby softvéru Perzistencia, databázy

Microsoft Word - DEOV.doc

UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE FAKULTA MATEMATIKY, FYZIKY A INFORMATIKY Optimálne navrhovanie experimentov DIPLOMOVÁ PRÁCA 2012 Bc. Samuel Zmeko

Experimenty s ekonomickAmi princApmi

Pokrocilé spracovanie obrazu - Fourierová transformácia

Preco kocka stací? - o tom, ako sú rozdelené vlastné hodnoty laplasiánu v limite, ked sú velké

Prenosový kanál a jeho kapacita

Komplexný informa ný a monitorovací systém Monitorovanie biotopov a druhov európskeho významu Používate ská dokumentácia KIMS modul Mobilná aplikácia

Slide 1

Slovenská technická univerzita Fakulta elektrotechniky a informatiky Mosquitto Telemetry Transport protokol pre IoT Tímové zadanie z predmetu Intelige

Metódy dokazovanie v matematike 1 Základné pojmy Matematika exaktná veda vybudovaná DEDUKTÍVNE ZÁKLADNÉ POJMY základy každej matematickej teórie sú in

Microsoft Word - 6 Výrazy a vzorce.doc

S rok 2 roky t = 4 1 rok MATEMATIKA I A REPETITÓRIUM Z MATEMATIKY pre Hospodársku informatiku Monika Molnárová Košice 2018

Priebeh funkcie

Slide 1

Microsoft Word - Final_test_2008.doc

Čiastka 205/2004

Strana 2790 Zbierka zákonov č. 359/2003 Čiastka VYHLÁŠKA Ministerstva financií Slovenskej republiky z 12. augusta 2003, ktorou sa mení vyhlášk

Aplikace matematiky- záverečná práca Juraj Bodík 28. septembra 2017 Definície Žena - objekt ohodnotený celým číslom. Každé dve ženy sa dajú porovnat a

8

Teória pravdepodobnosti Zákony velkých císel

8 Cvičenie 1.1 Dokážte, že pre ľubovoľné body X, Y, Z platí X + Y Z = Z + Y X. 1.2 Dokážte, že pre ľubovoľné body A, B, D, E, F, G afinného priestoru

Čiastka 161/2004

Podmienky prijímacieho konaniapre šk. rok

O možnosti riešenia deformácie zemského povrchu z pohladu metódy konecných prvkov konference pro studenty matematiky

UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE FAKULTA MATEMATIKY, FYZIKY A INFORMATIKY UƒENIE INVARIANTNÝCH SENZO-MOTORICKÝCH REPREZENTÁCIÍ POHYBOV UCHOPOVANIA P

Otázky k štátnej skúške z predmetu didaktika matematiky Prípravy študenta na štátnice - tvorba 14-tich rôznych príprav na vyučovaciu jednotku k temati

Susedov rozli²ujúci index grafu Bakalárska práca pre ²tudijný program Matematika alebo Ekonomická a nan ná matematika v akademickom roku 2019/20 vedúc

Microsoft Word - skripta3b.doc

Čiastka 064/2004

448pr1.vp

Programátorské etudy - Pascal

2.5. Dotyčnica krivky, dotykový kužeľ. Nech f je krivka a nech P V (f) (t.j. m P (f) 1). Ak m P (f) = r a l je taká priamka, že I P (f, l) > r, potom

Technická Univerzita Košice Matematicko počítačové modelovanie Vysokoškolská učebnica Košice 2013

Cvičenie 9 Riešené príklady 1. Príklad min f(x 1, x 2 ) = x x x 1 s.t. x 1 80 x 1 + x Pre riešenie úlohy vykonáme nasledujúce kroky

Úvod do lineárnej algebry Monika Molnárová Prednášky 2006

448pr1.vp

gis7 prifuk

geografia.pdf

Vlny v nehomogénnom prostredí - (Inauguracná prednáška)

Študijný program (Študijný odbor) Školiteľ Forma štúdia Téma Požiadavky na prijatie Výzbroj a technika ozbrojených síl (8.4.3 Výzbroj a technika ozbro

1 Rekurencie este raz riesenia niektorych rekurencii z cvik. mame danu rekurenciu napr T (n) = at ( n b ) + k. idea postupu je postupne rozpisovat cle

UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE FAKULTA MATEMATIKY, FYZIKY A INFORMATIKY MODELOVANIE PRÍJMOV A VÝDAVKOV NA ZDRAVOTNÚ STAROSTLIVOS Diplomová práca B

Matematický model činnosti sekvenčného obvodu 7 MATEMATICKÝ MODEL ČINNOSTI SEKVENČNÉHO OBVODU Konečný automat predstavuje matematický model sekvenčnéh

Diracova rovnica

Analýza sociálnych sietí Geografická lokalizácia krajín EU

WP summary

Čiastka 7/2004 (017)

Tue Oct 3 22:05:51 CEST Začiatky s jazykom C 2.1 Štruktúra programu Štruktúra programu by sa dala jednoducho popísať nasledovnými časťami, kto

Prepis:

Na za iatku 9. storo a Joseph Fourrier vo svojom ve kom diele o rie²ení rovnice vedenia tepla v tuhých telesách, Mémoire sur la propagation de la chaleur dans les corps solides (Treatise on the propagation of heat in solid bodies), pouºil na h adanie rie²ení rovnice tigonometrické rady. Dosiahnuté výsledky a al²í výskum ho viedli k tvrdeniu, ºe kaºdá funkcia sa dá reprezentova trigonometrickým radom. Neskôr sa v²ak ukázalo, ºe to nie je celkom pravda. Napriek tomu dnes tento ²peciálny trigonometrický rad nesie jeho meno. Na za iatok zopakujme o je Fourierov rad funkcie. Zapí²eme ho v tvare, s ktorým ste sa uº pravdepodobne stretli. Uvedieme tieº niektoré jeho vlastnosti. Denícia Nech s(x) je reálna funkcia reálnej premennej integrovate ná na intervale [x, x + T ]. Fourierov rad funkcie s je funkcionálny rad pri om s F (x) = a 2 + a n cos 2πnx T n= + b n sin 2πnx T, () a n = 2 T x +T x s(x) cos 2πnx T dx, b n = 2 T x +T x s(x) sin 2πnx T dx Rad () je navy²e moºné zapísa nieko kými ekvivalentnými spôsobmi s F (x) = A 2 + A n sin( 2πnx T s F (x) = n Z n= c n e i 2πnx T, cn = T + Φ n ), (2) x +T x s(x)e i 2πnx T dx Medzi koecientami jednotlivých verzií Fourierovho radu existujú relatívne jednoduché vz ahy. Zvlá² zaujímavý je rad (3) v ktorom vystupuje sú et komplexných ísel a koecienty c n je moºné spo íta ako (3) c n = T x +T x s(x)e i 2πnx T dx. (4) Samozrejme na mieste je otázka, i Fourierov rad s F danej funkcie s k tejto funkcii s aj konverguje. Pre úplnos zopakujme príslu²né tvrdenia o konvergencii.

Veta Nech s a s sú po astiach spojité na intervale [x, x + T ] a T periodické na R. Potom Fourierov rad funkcie s konverguje v bode x k hodnote [ ] lim s(t) + lim s(t) / 2 t x + t x Tým pádom rovnos () hovorí, ºe vhodné funkcie (napr. spojité, T - periodické) môºeme povaºova za sú et funkcií sínus a kosínus s rôznymi váhami, inými slovami, sínus a kosínus tvoria bázu vektorového priestoru vhodných funkcii nad po om reálnych ísel. Na obrázku je ukáºka grafu funkcie (signálu) obd ºnikového tvaru s periódou 4 a nieko ko prvých bázových funkcií. Obr. : Pôvodná funkcia ierna, sú et prvých deviatich lenov jej Fourierovho radu zelená, prvých sedem lenov Fourierovho radu rôzne farby Peknú geometrickú reprezentáciu Fourierovho radu dostaneme, ak porozmý² ame, o vyjadruje rad (3). Ak umoºníme koecientom c n nadobúda ubovo né, aj komplexné hodnoty, celý sú et bude leºa v komplexnej rovine. Výraz e i 2πnx T opisuje v komplexnej rovine pohyb bodu (komplexného ísla) po jednotkovej kruºnici (uhlová rýchlos ). Reálny koecient c n ur uje polomer tejto kruºnice (amplitúdu). V prípade, ºe c n je komplexné, c n ur uje polomer a arg(c n ) po iato nú polohu bodu na kruºnici (po iato nú fázu). Sú et znamená pospájanie týchto kruºníc. Nieko ko obrázkov niº²ie ukazuje príklady takýchto rozkladov na kruºnice. Extrémny prípad si môºete pozrie na youtube. Tvar (2) nám hovorí, ºe na opis T -periodickej funkcie nám sta í pozna amplitúdy A n a fázy Φ n. Ak tieto hodnoty poznáme vieme zrekon²truova 2

danú funkciu pomocou bázových funkcii. ƒo v²ak v prípade, ºe ur ená funkcia nie je periodická? My²lienku rie²enia tohoto problému si uvedieme na konkrétnom príklade. Vezmime funkciu obd ºnikového tvaru, iºe napr. { ak x [, ] s(x) = inak. a po ítajme c n pre komplexný tvar Fourieroveho radu v trochu inej forme. c n = T T/2 T/2 s(x)e 2πnx i T dx Z toho by malo by vidno, ºe ak integrál vpravo je rovnomerne ohrani ený pre kaºdé n, c n bude malé pre dostato ne ve ké T. Preto miesto toho budeme po íta T c n. Vcelku jednoducho sa spo íta, ºe T c n = sin(2πn/t ) πn/t Teraz si uvedomíme, ºe n/t ur uje frekvenciu v bázových funkciách. n vzorkuje frekvencie medzi a T. Pokia T rastie, n/t po íta stále viac frekvencii, ktoré postupne vyplnia celé kontinuum, ak T. Ak ozna íme n/t = ξ, po limitnom prechode dostaneme T c n = s(x)e 2πiξx dx o je funkcia ξ, iºe frekvencie (pozri obr. 2 a 3 niº²ie). A túto funkciu nazveme Fourierovou transformáciou funkcie s(x) a zna íme S(ξ), resp. F[s](ξ). Denícia 2 Spojitá Fourierova transformácia funkcie s(x) je integrálna transformácia F[s](ξ) = s(x)e 2πiξx dx. (5) Ke ºe integrál (5) je nevlastný, bude uºito né pozna podmienky jeho konvergencie. Tie sú nasledovné. s(x) dx <, 2. Funkcia s má na kaºdom ohrani enom intervale len kone ne ve a bodov nespojitosti. 3

2.5 2.5 Tc n.5 -.5-5 -4-3 -2-2 3 4 5 n/t= 2.5 2.5 Tc n.5 -.5-5 -4-3 -2-2 3 4 5 n/t= Obr. 2: Graf T c n pre T = 4 hore a T = 8 dole pre obd ºnikovú funkciu. Pre praktické po ítanie sú obrazy ²tandardných funkcii pri Fourierovej transformácii a rôznych operácii tabelované. Z h adiska teórie spracovania signálu Fourierova transformácia transformuje funkciu f signál z priestorovej oblasti, kde v grafe funkcie f x-ová os ur uje bod a f(x) hodnotu funkcie, do frekven nej oblasti F (ξ), kde x-ová 4

2.5 2.5 Tc n.5 -.5-5 -4-3 -2-2 3 4 5 n/t= 2.5 Tc n.5 -.5-5 -4-3 -2-2 3 4 5 n/t= Obr. 3: Graf T c n pre T = 6 hore a T = 32 dole pre obd ºnikovú funkciu. os reprezentuje frekvenciu ξ a F (ξ) reprezentuje mnoºstvo danej frekvencie v signále. Funkciu F (ξ) voláme tieº frekven né spektrum funkcie f. Pozor, Fourierova transformácia funkcie f je vo v²eobecnosti komplexná funkcia F (ξ) = R(F (ξ)) + ii(f (ξ)). Pretoºe z objektívnych dôvodov sa komplexné funkcie zle vizualizujú, na ich zobrazenie sa pouºívajú odvodené spektrá 5

. Amplitúdové spektrum: F (ξ) = R(F (ξ)) 2 + I(F (ξ)) 2, 2. Fázové spektrum: arctan(i(f (ξ))/r(f (ξ))) 3. Výkonové spektrum: P (ξ) = F (ξ) 2. al²í pojem súvisiaci s frekven ným spektrom je ²írka (frekven ného) pásma funkcie (signálu), o je najmen²í interval frekvencií vo frekven nom (amplitúdovom) spektre obsahujúci frekvencie s nenulovou amplitúdou. Ke ºe vä ²ina signálov je neperiodických a tieto môºu obsahova periodický signál lubovo ne ve kej frekvencie, zvy ajne sa ur í hranica, od ktorej amplitúdu daného periodického signálu povaºujeme za nulovú a ²írka pásma je potom interval obsahujúci frekvencie periodických signálov, s amplitúdov vä ²ou ako daná hranica. Ak F (ω) je frekven né spektrum funkcie f, inverzná Fourierova transformácia je daná predpisom f(x) = F (ξ)e 2πiξx dξ Za vhodných podmienok je moºné z frekven ného spektra zrekon²truova pôvodnú funkciu. Pouºitie Fourierovej transformácie Asi najznámej²ie aplikácia Fourierovej transformácie je ltrovanie vo frekven nej oblasti. Signál získaný z ur itého zariadenia obsahuje okrem poºadovanej informácie aj napríklad ²um. Tento sa vo frekven nom spektre môºe objavi ako signál dos vysokej frekvencie. Idea je teda previes signál do frekven nej oblasti, v nej utlmi nevhodné frekvencie a transformova takto pozmenené frekven né spektrum spä na signál. Takáto operácia, pri ktorej potlá ame, prípadne zvýraz ujeme vhodné frekvencie sa nazýva ltrácia. Zvy ajný postup je zostrojenie funkcie G vo frekven nej oblasti, nazývanej lter tak, aby sme po transformácii násobením F (ξ)g(ξ) dostali poºadovaný tvar frekven ného spektra Pod a toho, aké frekvencie utlmujú delíme ltre na dolnú (low-pass), hornú (hi-pass) a pásmovú (band-pass) priepust. Z názvu by malo by zrejmé, o dané ltre robia. Napríklad vy²²ie uvedená obd ºniková funkcie môºe vo frekven nom spektre slúºi ako dolná priepust, ke ºe po vynásobení s pôvodným signálom vo frekven nom spektre budú v²etky frekvencie mimo intervalu [, ] nulové. Ak by sme po ítali inverznú transformáciu pre spektrum F (ξ)g(ξ), dostaneme F (ξ)g(ξ)e 2πiξx dξ = f(τ)g(x τ)dτ 6

Pravá strana je tzv. konvolúcia f g funkcii f a g, iºe (f g)(x) = f(τ)g(x τ)dτ a pre Fourierovu transformáciu konvolúcie platí F[f g] = F (ξ)g(ξ) kde F a G sú frekven né spektrá funkcií f a g. Niektoré al²ie uºito né vlastnosti Fourierovej transformácie sú Lineárnos F[af + bg] = af[f] + bf[g] Sú in funkcií F[f g] = F[f] F[g] ƒiºe sú inu funkcií zodpovedá konvolúcia frekven ných spektier a naopak, sú inu frekven ných spektier zodpovedá konvolúcia príslu²ných funkcií. 7

.4.2.8.6.4.2 -.2 -.4 2 3 4 5 6 7 8 9 Obr. 4: Obd ºniková funkcia s ²umom 5 45 4 35 3 25 2 5 5-2 -.5 - -.5.5.5 2 Obr. 5: Frekven né spektrum predo²lej funkcie 8

.9.8.7.6.5.4.3.2. 2 3 4 5 6 7 8 9 Obr. 6: Dolnopriepustný lter - gaussovský e aξ2 5 45 4 35 3 25 2 5 5 -.5 -.4 -.3 -.2 -...2.3.4 Obr. 7: Potla ené vysoké frekvencie 9

.2.8.6.4.2 -.2 2 3 4 5 6 7 8 9 Obr. 8: Odltrovaný ²um 2D Fourierova transformácia Ztia sme hovorili o Fourierovej transformácii v jednom rozmere. Tento pojem je jednoduchým spôsobom roz²írite ný aj do roviny Denícia 3 Fourierova transformácia reálnej funkcie f(x, y) dvoch premenných je funkcia F (u, v) = F[f](u, v) = Inverzná Fourierova transformácia je f(x, y) = f(x, y)e 2πi(xu+yv) dx dy F (u, v)e 2πi(xu+yv) dx dy Táto má podobné vlastnosti ako D Fourierova transformácia. Digitalizácia Jedna zo základných funkcií, ktorá vlastne nie je ani funkciou v ²tandardnom slova zmysle je Diracova delta funkcia δ(x), ktorá je denovaná vlastnos ami

δ(x) = pre x a δ(x)dx =. Zjavne ºiadna funkcia ktorá by sp ala uvedené podmienky nemôºe existova. Tejto funkcii sa v²ak dá da zmysel zavedením pojmu zov²eobecnenej funkcie (tieº distribúcie), to by nás ale odviedlo príli² aleko od témy. al²ia pekná vlastnos delta funkcie je tzv. sifting property f(x)δ(x a)dx = f(a). Diracova delta funkcia slúºi v teórii spracovania signálov ako ideálny impulz a hrá ve kú úlohu pri samplovaní a vysvetlení problémov spojených so samplovaním.