大学レベル 2021. 07. 15 2021. 05. 04 こんにちは,ハヤシライスBLOGです!今回はフーリエ級数展開についてできるだけ分かりやすく解説します! フーリエ級数展開とは? フーリエ級数展開をざっくり説明すると,以下のようになります(^^)/ ・任意の周期関数は,色々な周波数の三角関数の和によって表せる(※1) ・それぞれの三角関数の振幅は,三角関数の直交性を利用すれば,簡単に求めることができる! 図1 フーリエ級数展開のイメージ フーリエ級数展開は何に使えるか? フーリエ級数展開の考え方を利用すると, 周期的な関数や波形の中に,どんな周波数成分が,どんな振幅で含まれているのかを簡単に把握することができます! 図2 フーリエ級数展開の活用例 フーリエ級数展開のポイント 周期T秒で繰り返される周期的な波形をx(t)とすると,以下のように, x(t)はフーリエ級数展開により,色々な周波数の三角関数の無限和としてあらわすことができます! (※1) そのため, フーリエ係数と呼ばれるamやbm等が分かれば,x(t)にどんな周波数成分の三角関数が,どんな大きさで含まれているかが分かります。 でも,利用できる情報はx(t)の波形しかないのに, amやbmを本当に求めることができるのでしょうか?ここで絶大な威力を発揮するのが三角関数の直交性です! 図3 フーリエ級数展開の式 三角関数の直交性 三角関数の直交性について,ここでは結果だけを示します! 要するに, sin同士の積の積分やcos同士の積の積分は,周期が同じでない限り0となり,sinとcosの積の積分は,周期が同じかどうかによらず0になる ,というものです。これは, フーリエ係数を求める時に,絶大ない威力を発揮します ので,必ずおさえておきましょう(^^)/ 図4 三角関数の直交性 フーリエ係数を求める公式 三角関数の直交性を利用すると,フーリエ係数は以下の通りに求めることができます!信号の中に色々な周波数成分が入っているのに, 大きさが知りたい周期のsinあるいはcosを元の波形x(t)にかけて積分するだけで,各フーリエ係数を求めることができる のは,なんだか不思議ですが,その理由は下の解説編でご説明いたします! 【フーリエ解析01】フーリエ級数・直交基底について理解する【動画解説付き】. 私はこの原理を知った時,感動したのを覚えています(笑) 図5 フーリエ係数を求める公式 フーリエ係数を求める公式の解説 それでは,三角関数の直交性がどのように利用され,どのような過程を経て上のフーリエ係数の公式が導かれるのかを,周期T/m[s](=周波数m/T[Hz])のフーリエ係数amを例に解説します!
今回はフーリエ級数展開についてざっくりと解説します。 フーリエ級数展開とほかの級数 周期\(2\pi\)の周期関数 について、大抵の関数で、 $$f{(x)}=\frac{a_{0}}{2}+\sum_{n=1}^{\infty}a_{n}\cos{nx} +b_{n}\sin{nx}$$ という式が成り立ちます。周期\(2\pi\)の関数とは、下に示すような関数ですね。青の関数は同じものを何度もつなぎ合わせています。 級数 という言葉はこれまで何度か聞いたことがあると思います。べき級数とか、テイラー級数、マクローリン級数とかですね。 $$f(x)=\sum_{n=0}^{\infty}a_{n}x^{n}$$ $$f(x)=\sum_{k=0}^{\infty} f^{(k)}(0) \frac{x^{k}}{k!
どうやら,この 関数の内積 の定義はうまくいきそうだぞ!! ベクトルと関数の「大きさ」 せっかく内積のお話をしたので,ここでベクトルと関数の「大きさ」の話についても触れておこう. をベクトルの ノルム という. この場合,ベクトルの長さに当たる値である. もまた,関数の ノルム という. ベクトルと一緒ね. なんで長さとか大きさじゃなく「ノルム」なんていう難しい言葉を使うかっていうと, ベクトルにも関数にも使える概念にしたいからなんだ. さらに抽象的な話をすると,実は最初に挙げた8つのルールは ベクトル空間 という, 線形代数学などで重宝される集合の定義になっているのだ. さらに,この「ノルム」という概念を追加すると ヒルベルト空間 というものになる. ベクトルも関数も, ヒルベルト空間 というものを形成しているんだ! (ベクトルだからって,ベクトル空間を形成するわけではないことに注意だ!) 便利な基底の選び方・作り方 ここでは「便利な基底とは何か」について考えてみようと思う. 先ほど出てきたベクトルの係数を求める式 と を見比べてみよう. どうやら, [条件1. ] 二重下線部が零になるかどうか. [条件2. ] 波下線部が1になるかどうか. が計算が楽になるポイントらしい! しかも,条件1. のほうが条件2. よりも重要に思える. 前節「関数の内積」のときも, となってくれたおかげで,連立方程式を解くことなく楽に計算を進めることができたし. このポイントを踏まえて,これからのお話を聞いてほしい. 一般的な話をするから,がんばって聞いてくれ! 次元空間内の任意の点 は,非零かつ互いに線形独立なベクトルの集合 を基底とし,これらの線形結合で表すことができる. つまり (23) ただし は任意である. このとき,次の条件をみたす基底を 直交基底 と呼ぶ. (24) ただし, は定数である. 三角関数の直交性 0からπ. さらに,この定数 としたとき,つまり下記の条件をみたす基底を 正規直交基底 と呼ぶ. (25) 直交基底は先ほど挙げた条件1. をみたし,正規直交基底は条件1. と2. どちらもみたすことは分かってくれたかな? あと, "線形独立 直交 正規直交" という対応関係も分かったかな? 前節を読んでくれた君なら分かると思うが,関数でも同じことが言えるね. ただ,関数の場合は 基底が無限個ある ことがある,ということに気をつけてほしい.
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水道料金のクレジットカードでの支払いまとめ 今回のまとめ!• (当局が認めるものは除く) 当サイトへのリンクについては、「横浜市インターネット情報受発信ガイドライン」の規定に基づき取扱います。 お申し込み後に行った検針分からお支払いが可能となります。 横浜市内で引越しをする際の水道関係の手続きは 💋 使用開始については、入居前に「水道局お客さまサービスセンター」または、「水道局のホームページ」で使用開始の手続きを行ってください。 3 (今回の「納入通知書兼領収証書」をクレジットカードでのお支払いを希望される場合は、「都度払い」をご利用ください。 再発行・分割分・督促分はお取扱いできません。 🤐 又は、18歳以上の学生の方。 6 利用制限および登録抹消 当局は、以下の場合には、事前の通知なく、利用者に対して、当サイトの全部もしくは一部の利用を制限し、または利用者としての登録を抹消することができるものとします。 水道料金をクレジットカードで支払いをした方がお得なのかを判断するには、次の2つのポイントをチェックする必要があります。 ポイント加算の内容は ・ショッピングポイント3倍 ・クレジット・Visaデビットポイント2倍 となるサービスです。
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