第1章 数学基础2-脉冲函数和卷积.ppt
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一、概述单位脉冲函数是信号与系统理论中的重要概念,也是许多信号处理问题的基础。
在信号处理中,卷积运算是一种重要的数学工具,可以用来描述系统对信号的响应。
本文将探讨单位脉冲函数与其他函数的卷积关系,分析单位脉冲函数在卷积中的作用,以及与其他函数的卷积结果。
二、单位脉冲函数的定义单位脉冲函数在连续时间中通常用δ(t)表示,在离散时间中通常用δ[n]表示。
其定义如下:1. 连续时间单位脉冲函数:δ(t) = {1, t = 0;0, t ≠ 0.}2. 离散时间单位脉冲函数:δ[n] = {1, n = 0;0, n ≠ 0.}单位脉冲函数在t=0(或n=0)处取值为1,其余位置处取值为0。
三、单位脉冲函数与其他函数的卷积在信号处理中,卷积运算描述了两个信号之间的响应关系。
对于连续时间信号f(t)和g(t)的卷积定义如下:(f * g)(t) = ∫f(τ)g(t-τ)dτ对于离散时间信号f[n]和g[n]的卷积定义如下:(f * g)[n] = ∑f[k]g[n-k]现在我们来探讨单位脉冲函数与其他函数的卷积关系。
四、单位脉冲函数与自身的卷积对于连续时间单位脉冲函数δ(t),与自身进行卷积运算的结果如下:(δ * δ)(t) = ∫δ(τ)δ(t-τ)dτ= δ(t)可见,连续时间单位脉冲函数与自身卷积的结果仍为单位脉冲函数。
对于离散时间单位脉冲函数δ[n],与自身进行卷积运算的结果如下:(δ * δ)[n] = ∑δ[k]δ[n-k]= δ[n]同样地,离散时间单位脉冲函数与自身卷积的结果仍为单位脉冲函数。
五、单位脉冲函数与其他信号的卷积1. 单位脉冲函数与连续时间矩形信号的卷积考虑连续时间矩形信号r(t),其表达式为:r(t) = {1, |t| < a;0, |t| > a.}其中a为常数,表示矩形信号的宽度。
与单位脉冲函数进行卷积运算,可得:(δ * r)(t) = ∫δ(τ)r(t-τ)dτ= r(t)这表明,单位脉冲函数与连续时间矩形信号卷积的结果仍为矩形信号。
广义函数、脉冲函数的基本概念与性质广义函数、脉冲函数的基本概念与性质 1 广义函数的产生一般地,给定非空数集A、B,按照某个对应法则f,使得A中任一元素x,都有B中唯一确定的y与之对应,那么从集合A到集合B的这个对应,叫做从集合A 到集合B的一个函数。
函数是数与数之间的一种对应关系,是经典数学分析的一个基本概念,是代数学中最重要的概念之一。
自然科学的发展表明,古典的函数概念是不够的,或是不完全适合的。
于是,广义函数论随之兴起。
广义函数包括通常的函数在内,甚至更广。
它应是无限次可导和自由地进行极限交换。
广义函数被广泛地应用于数学、物理、力学以及分析数学的其他各个分支,例如微分方程、随机过程、流形理论等等,它还被应用到群的表示理论,特别是它有力地促进了偏微分方程近30年来的发展。
历史上第一个广义函数是由物理学家P。
A。
M。
狄拉克引进的,他因为陈述量子力学中某些量的关系时需要引入了“函数”:当x?0时,=0,但x=0时,=?。
,x,x,x,,,,,,按20世纪前所形成的古典数学概念是无法理解这样奇怪的函数的。
然而物理学上一切点量,如点质量、点电荷、偶极子、瞬时打击力、瞬时源等物理量用它来描述不仅方便、物理含义清楚,而且当它被当作普通函数参加运算,如对它进行微分和傅里叶变换,将它参与微分方程求解等所得到的数学结论和物理结论是吻合的。
这就迫使人们要为这类怪函数确立严格的数学基础。
最初理解的方式之一是把这种怪函数设想成直线上某种分布所相应的“密度”函数。
所以广义函数又称为分布,广义函数论又叫做分布理论。
用分布的观念为这些怪函数建立基础虽然很直观,但对于复杂情况就又显得繁琐而不很明确。
后来随着泛函分析的发展,L。
施瓦尔茨(1945)用泛函分析观点为广义函数建立了一整套严格的理论,接着И。
盖尔范德对广义函数论又作了重要发展。
2 广义函数的定义把普通函数视为某类函数空间上的线性泛函是推广函数概念的一条行之有效的途径。
脉冲函数基础知识点总结一、脉冲函数的定义脉冲函数常用δ(t)来表示,它是一个在t=0时刻取值为无穷大,在其他时刻取值为0的函数。
数学上可用数学极限的概念来定义脉冲函数,即:δ(t) = lim┬(ε→0)(1/ε)u(t)其中u(t)是单位阶跃函数,其定义为:u(t) = 1, t ≥ 0u(t) = 0, t < 0脉冲函数的图像呈现为一个在t=0时刻峰值为无穷大的脉冲形状,而在其他时刻取值为0。
脉冲函数的另一种定义是通过其积分特性。
即对于任意一个可积函数f(t),有:∫δ(t)f(t)dt = f(0)这意味着脉冲函数在与任意其他函数做积分时,相当于将该函数在t=0时刻的取值作为结果。
二、脉冲函数的性质1. 位移性质对于任意实数a,有δ(t-a) = δ(t)即脉冲函数在时间轴上任意时刻的平移仍为脉冲函数本身。
2. 放大性质对于任意实数k(k≠0),有kδ(t) = δ(t)即脉冲函数乘以非零常数k后,仍为脉冲函数。
3. 缩放性质对于任意实数b(b≠0),有δ(bt) = 1/|b|δ(t)即对脉冲函数进行时间轴上的伸缩后,其峰值将按比例发生变化。
4. 线性组合性质对于任意实数k1、k2,有k1δ(t) + k2δ(t) = (k1+k2)δ(t)即脉冲函数的线性组合仍为脉冲函数。
5. 乘积性质脉冲函数与其他函数的乘积性质对于后续的卷积操作等在信号处理中是重要的。
6. 脉冲函数的积分性质∫δ(t)dt = 1三、脉冲函数的应用脉冲函数在信号与系统、控制系统、通信等领域具有重要的应用价值,主要体现在以下几个方面:1. 卷积运算在信号处理中,脉冲函数的卷积运算是一种重要的数学操作。
卷积运算可以描述系统对输入信号的响应,通过脉冲函数与输入信号的卷积来获得系统的输出响应。
这对于系统的分析、设计以及滤波等方面是非常重要的。
2. 系统特性描述在系统理论中,脉冲函数常用来描述系统的特性,例如冲激响应函数描述了系统对单位冲激信号的响应,由此可以推导系统的频率响应、步响应等重要特性。