diff --git a/05_fourier.md b/05_fourier.md index 3eb3223da9b698dd735ab0769dc8e77ecea02e7c..dbdf29c6458b77c6d7f8a9ea34b8d2889dcb7845 100644 --- a/05_fourier.md +++ b/05_fourier.md @@ -48,10 +48,14 @@ vérifier la commutativité $$\begin{aligned} (a,b)\cdot(c,d)&=(a\cdot c-b\cdot d,a\cdot d+b\cdot c)\nonumber\\ &=(c\cdot a-d\cdot b,d\cdot a+c\cdot b)=(c,d)\cdot (a,b).\end{aligned}$$ -#### Exercice {-} +--- + +Exercice # Vérifier l’associativité du produit sur notre ensemble ${\real}^2$. +--- + Regardons à présent ce qui se passe si on étudie les ensemble de nombres dans ${\real}^2$ où le deuxième nombre du couple est nul tels que $(a,0)$. Si on additionne deux tels nombres ont obtient $$(a,0)+(b,0)=(a+b,0).$$ On constate donc @@ -186,7 +190,7 @@ $${\mathrm{Re}}(z)=\frac{1}{2}(z+{\bar{z}}),\quad {\mathrm{Im}}(z)=\frac{1}{2i}( --- -#### Exercice {-} +Exercice # Démontrer ces trois relations. @@ -199,7 +203,7 @@ $$\begin{aligned} --- -#### Exercice {-} +Exercice # Démontrer ces relations. @@ -213,7 +217,9 @@ allons considérer un ensemble $V$ muni d’une addition et d’une multiplicati à un ensemble $E$. Dans notre cas $E$ sera ${\real}$ ou ${\mathbb{C}}$ (l'ensemble des nombres complexes) principalement. -#### Définition {-} +--- + +Définition # On appelle espace vectoriel sur $E$, un ensemble $V$, dont les éléments appelés vecteurs et notés $v$, sont sont munis des opérations @@ -244,8 +250,11 @@ propriétés suivantes 3. La multiplication par un scalaire admet un élément neutre, noté $1$, pour la multiplication à gauche $$1 \cdot v=v.$$ +--- + +--- -#### Exemple (Espaces vectoriels) {-} +Exemple (Espaces vectoriels) # 1. L’espace nul, $v=0$. @@ -286,6 +295,8 @@ propriétés suivantes &f(\alpha \cdot x)=\alpha \cdot f(x),\quad \forall \alpha\in E,\ \mbox{et}\ x\in W. \end{aligned}$$ +--- + ### Base Nous avons introduit la notion très générale d’espace vectoriel et @@ -321,7 +332,7 @@ $$w=u+v=u_1\cdot e_1+u_2\cdot e_2+v_1\cdot e_1+v_2\cdot e_2=(u_1+v_1)\cdot e_1+( --- -#### Illustration (Exemples de bases d'espaces vectoriels) {-} +Illustration (Exemples de bases d'espaces vectoriels) # 1. Pour l’espace des fonctions polynomiales $f(x)=\sum_{i=0}^Na_ix^i$ les fonction $e_i=x^i$ forment une base. @@ -336,13 +347,19 @@ Plus formellement nous allons introduire un certain nombre de concepts mathématiques pour définir une base. Considérons toujours $V$ un espace vectoriel sur $E$. -#### Définition (Famille libre) {-} +--- + +Définition (Famille libre) # Soient $\{\alpha_i\}_{i=1}^n\in E$. On dit qu’un ensemble de vecteurs $\{v_i\}_{i=1}^n\in V$ est une famille libre si $$\sum_{i=1}^n \alpha_iv_i=0 \Rightarrow \alpha_i=0,\ \forall i.$$ -#### Exemple (Famille libre) {-} +--- + +--- + +Exemple (Famille libre) # 1. $\{e_1\}$ est une famille libre de ${\real}^2$. @@ -357,7 +374,11 @@ $$\sum_{i=1}^n \alpha_iv_i=0 \Rightarrow \alpha_i=0,\ \forall i.$$ relie les deux. La relation est non-linéaire $\sin(x)=\sqrt{1-\cos^2(x)}$. -#### Définition (Famille génératrice) {-} +--- + +--- + +Définition (Famille génératrice) # On dit qu’un ensemble de vecteurs $\{e_i\}_{i=1}^n\in V$ est une famille génératrice si @@ -365,7 +386,11 @@ $$\forall\ v\in V,\quad \exists \{\alpha_i\}_{i=1}^n\in E,\quad \mbox{t.q.}\quad En d’autres termes, tout $v\in V$ peut s’exprimer comme une combinaison linéaire des vecteur $e_i$. -#### Illustration (Familles génératrices) {-} +--- + +--- + +Illustration (Familles génératrices) # 1. $\{e_1\}$ n’est pas une famille génératrice de ${\real}^2$. On ne peut pas représenter les vecteurs de la forme $v=(0,v_2)$, @@ -376,7 +401,11 @@ linéaire des vecteur $e_i$. 3. $\{e_1,e_2,v\}$, avec $v=(1,1)$ est une famille génératrice de ${\real}^2$. -#### Définition (Base) {-} +--- + +--- + +Définition (Base) # Un ensemble de vecteurs $B=\{e_i\}_{i=1}^n$ forme une base si c’est une famille génératrice et une famille libre. En d’autres termes cela @@ -386,7 +415,11 @@ est unique $$\forall v\in V, \quad !\exists \{\alpha_i\}_{i=1}^n\in E,\quad t.q.\quad v=\sum_{i=1}^n\alpha_i v_i.$$ Les $\alpha_i$ sont appelé les coordonnées de $v$ dans la base $B$. -#### Illustration (Base de $\real ^2$) {-} +--- + +--- + +Illustration (Base de $\real ^2$) # 1. $\{e_1,e_2\}$ est une base de ${\real}^2$. @@ -396,6 +429,8 @@ Les $\alpha_i$ sont appelé les coordonnées de $v$ dans la base $B$. coordonnées $\alpha=(0,0,0)$ et également les coordonnées $\beta=(1,1,-1)$. +--- + ## Introduction générale sur les séries de Fourier Dans cette sous section, nous allons voir de façon très générale les @@ -613,7 +648,7 @@ pouvoir calculer sa transformée de Fourier: --- -#### Exercice {-} +Exercice # Calculer les transformées de Fourier des fonctions suivantes @@ -634,7 +669,7 @@ Calculer les transformées de Fourier des fonctions suivantes --- -#### Exercice {-} +Exercice # Calculer les transformées de Fourier inverse de la fonction suivante @@ -649,7 +684,9 @@ Calculer les transformées de Fourier inverse de la fonction suivante La transformée de Fourier possède plusieurs propriétés intéressantes. -#### Propriété {-} +--- + +Propriété # 1. Linéarité. Soit une fonction $h(t)=af(t)+bg(t)$, alors sa transformée de Fourier est donnée par @@ -674,6 +711,8 @@ La transformée de Fourier possède plusieurs propriétés intéressantes. paire (impaire), alors ${\hat{f}}(\omega)$ sera une fonction paire (impaire). +--- + La transformée de Fourier à temps discret (TFTD) ------------------------------------------------ @@ -708,8 +747,9 @@ l’intégrale et on a $$\begin{aligned} &=\frac{1}{2\pi}\left(\sum_{m=-\infty}^\infty f[m] \delta_{mn} 2\pi\right),\nonumber\\ &=f[n].\nonumber\end{aligned}$$ +--- -#### Exercice {-} +Exercice # Calculer les transformées de Fourier (inverses quand c’est approprié) en temps discret des fonctions suivantes @@ -724,6 +764,8 @@ temps discret des fonctions suivantes 0,&\mbox{ sinon.} \end{array}\right.$$ +--- + Il est intéressant de noter qu’on peut représenter une suite discrète et infinie de points par une fonction continue et périodique. @@ -876,7 +918,7 @@ période $N$ $${\hat{f}}[k]={\hat{f}}[k+N].$$ --- -#### Exercice {-} +Exercice # A démontrer en exercice.