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信号与系统傅里叶级数表示
信号与系统中的傅里叶级数表示是一种将周期信号表示为
无穷级数的方法。
傅里叶级数是由法国数学家和物理学家让·巴普蒂斯·约瑟夫·傅里叶在19世纪初提出的，该方法通过将一个周期信号分解为多个正弦波和余弦波的组合，来描述信号的频率成分。
一个周期信号可以表示为无穷级数的形式，每个项都是一个正弦波或余弦波，并且所有项的总和形成原始的周期信号。
在傅里叶级数中，每个项都是复数，表示该项的幅度和相位。
傅里叶级数的数学表达式如下：
\(f(t)=\sum_{n=-\infty}^{\infty}a_n\cos(n\omega t+\varphi_n)\)
其中，\(f(t)\)是周期信号，\(\omega\)是信号的角频率，\(n\)是项的序号，\(a_n\)和\(\varphi_n\)分别是第\(n\)项的幅度和相位。
傅里叶级数在实际应用中非常重要，因为它揭示了周期信号的频率成分，并可用于分析、设计和控制各种信号处理系统。
通过分析傅里叶级数的系数，可以了解信号的频率成分，以及这些成分的幅度和相位信息。
这使得傅里叶级数成为信号处理、通信和控制系统等领域的重要工具。
信号与系统公式汇总分类信号与系统是电子信息工程、自动化、计算机科学等学科的重要基础课程，是研究和分析信号在系统中的变换、传递及其对系统特性的影响的一门学科。
信号与系统涉及到的知识点较多，包括信号的表示与描述、连续与离散信号、线性时不变系统、傅里叶变换与频谱分析等方面。
以下是信号与系统中常用的公式汇总分类：一、信号的表示与描述1.单位阶跃函数：u(t)=1，当t>=0；u(t)=0，当t<0。
2.单位冲激函数：δ(t) = du(t)/dt。
3.周期信号的傅里叶级数：x(t) = A0/2 + ∑(An*cos(nωt) + Bn*sin(nωt))。
4.脉冲信号：δ(t) = lim_{n→∞} [rect(t/T)/T]，其中rect(t/T)为矩形函数。
二、连续信号与离散信号1.连续时间冲激响应h(t)与输入信号x(t)之卷积：y(t)=∫[x(τ)*h(t-τ)]dτ。
2.离散时间冲激响应h[n]与输入信号x[n]之卷积：y[n]=∑[x[k]*h[n-k]]。
三、线性时不变系统1.线性时不变系统输入输出关系的微分方程表示：a0*y(t) + a1*(dy(t)/dt) + a2*(d^2y(t)/dt^2) + ... = b0*x(t) + b1*(dx(t)/dt) + b2*(d^2x(t)/dt^2) + ...2.线性时不变系统频域表达式：Y(ω)=H(ω)*X(ω)，其中H(ω)为系统的频率响应函数。
四、傅里叶变换与频谱分析1.连续时间傅里叶变换：X(ω) = ∫[x(t)*e^(-jωt)]dt。
2.连续时间频谱密度：S(ω)=，X(ω)，^23.离散时间傅里叶变换：X(e^(jω))=∑[x[n]*e^(-jωn)]，其中n为离散取值。
4.离散时间频谱密度：S(e^(jω))=，X(e^(jω))，^2以上仅是信号与系统中的部分公式，覆盖了信号表示与描述、系统分析与描述以及信号的频谱分析等方面的内容。
第3章 周期信号的傅里叶级数表示一、计算题1．求如图3-1所示信号的傅里叶级数。
答：（1）求三角傅里叶级数。
傅里叶级数展开表达式图3-10111()[cos()sin()]2n n n a f t a nw t b nw t ∞==++∑利用分部积分三角傅里叶级数为（2）指数形式傅里叶级数展开：11()()jnw t n f t F nw e ∞=-∞=∑，其中011011()t T jnw t n t F f t e dt T +-=⎰求指数傅里叶级数。
指数傅里叶级数为2．将如图3-2所示的三角形信号在时间区间(,)ππ-上展开为有限项的三角傅里叶级数，使其与实际信号间的方均误差小于原信号()f t 总能量的1％。
写出此有限项三角傅里叶级数的表达式。
图3-2解：如图3-2所示三角形信号的数学表达式为由()f t 在(,)ππ-上的偶对称特性知其傅里叶系数0n b =。
又展开的时间区间为(,)ππ-，故2T π=，从而1Ω=。
下面求系数0a 和n a 。
于是在(,)ππ-上，另一方面，信号的总能量若取()f t 傅里叶级数中第一项来近似()f t ，则方均误差为再考虑取()f t 傅里叶级数中前两项来近似()f t ，则方均误差为由于满足要求，所以此有限项三角傅里叶级数的表达式为24()cos 2A Af t t π≈+3．求如图3-3所示信号f （t ）的傅里叶级数。
图3-3答：f'（t ）、f''（t ）的波形如图3-4（a ）、（b ）所示，于是得f''（t ）的傅里叶系数为图3-4故f （t ）的傅里叶系数为所以f （t ）的傅里叶级数为111(1)()2222n jn t jn tn n n jf t A e e n π∞∞⋅ΩΩ=-∞=-∞-=+=+∑∑ （原书中有错，第二项的2j n 应改为2jπ） 讨论傅里叶级数的时域微分性质：这样，若已知f （k ）（t ）的傅里叶系数，则f （t ）的傅里叶系数这里注意此式不适用于n=0的情况。
