התמרת פורייה לביא קרפ 1 הקדמה נניחכיפונקציהf רציפהלמקוטעיןבקטע[ 0,[ P,P P,אזמהתאוריהשלטוריפורייהאנו > יודעיםכיניתןלפתחאתהפונקציהf לטורפורייהמרוכב (1.1

מסמכים קשורים
תאריך הבחינה 30

Limit

מטלת מנחה (ממ"ן) 11 הקורס: חשבון אינפיניטסימלי II חומר הלימוד למטלה: יחידות 2,1 4 מספר השאלות: 7 משקל המטלה: נקודות סמסטר: ב 2007 מו

משוואות דיפרנציאליות מסדר ראשון

<4D F736F F D20EEF9E5E5E0E5FA20E3E9F4F8F0F6E9E0ECE9E5FA2E646F63>

אנליזה מתקדמת

Untitled

מתמטיקה של מערכות

Microsoft Word - Sol_Moedb10-1-2,4

שאלון להערכה עצמית במתמטיקה לקראת לימודי שנה א מדוע להתכונן לשנה א מסלולי לימוד רבים באוניברסיטה (מדעי המחשב, הנדסה, פיזיקה וכמובן מתמטיקה) דורשים לימ

! 1! משוואות מסדר ראשו! (הפרדת משתני*, הומוגנית, לינארית) xyy = 1 x y xy 2 = 2xy 2 מצא את הפתרו' הכללי: x y y = 3 א) y ג) ב) ד) y tan x = y (1 ( x+ y

2019 שאלות מומלצות לתרגול מס' דיפרנציאביליות של פונקציה סקלרית )המשך(. כלל השרשרת. S = ( x, y, z) z = x + 3y על המשטח מצאו נקודה בה מישור משיק

. [1,3] ו = 0 f(3) f(1) = עמוד 1 מתוך 6 דר' ז. אולחא מס' הקורס 9711 חדו''א הנ מכונות 1 f ( x) = ( x 1)( x 2)( x 3) c= f c = c (1,3), c תשובות I 1) פונ

תרגיל 9 מבוא ללוגיקה ותורת הקבוצות, סתיו תשע"ד 1. תהי L השפה בעלת סימן פונקצייה דו מקומי G, סימן פונקציה חד מקומי T, סימן יחס תלת מקומי.c, d וקבועים L

Microsoft Word - hedva 806-pitronot-2011.doc

Microsoft Word - עבודת פסח לכיתה י 5 יחל.doc

תשובות מלאות לבחינת הבגרות במתמטיקה מועד ג' תשע"ד, מיום 0/8/0610 שאלונים: 313, מוצע על ידי בית הספר לבגרות ולפסיכומטרי של אבירם פלדמן שאלה מספר

<4D F736F F D20F4F2E5ECE5FA20EEE5EEF6E0E5FA20312E646F63>

תרגול 1

דף נגזרות ואינטגרלים לשאלון 608 כללים למציאת נגזרת של פונקציה: n 1. y' n x n, y הנגזרת x.1 נכפול בחזקה )נרשום אותה משמאל ל- (. x א. נחסר אחד מהחזקה. ב

מבוא לאנליזה נומרית na191 Assignment 2 solution - Finding Roots of Nonlinear Equations y cos(x) שאלה 1 היכן נחתכים הגרפים של? y x 3 1 ושל ממש פתרונות

Microsoft Word - אלגברה מעורב 2.doc

Microsoft Word - SDAROT 806 PITRONOT.doc

סיכום אינפי 2 28 ביולי 2010 מרצה: צביק איתמר, בעזרת סיכומים משיעוריו של נועם ברגר מתרגלים: ינאי ג', איב גודין אין המרצה או המתרגלים קשורים לסיכום זה ב

פיסיקה 1 ב' מרצים: גולן בל, משה שכטר, מיכאל גדלין מועד ב משך המבחן 3 שעות חומר עזר: דף נוסחאות מצורף, מחשבון אסור בהצלחה! חלק א'

תרגול מס' 7 – חזרה על MST ואלגוריתם Dijkstra

Microsoft Word - 01 difernziali razionalit

עב 001 ינואר 12 מועד חורף פתרונות עפר

חשבון אינפיניטסימלי מתקדם 1

<4D F736F F D20F4FAF8E5EF20EEE5F2E320E020F1EEF1E8F820E120FAF9F2E3>

סז 002 נואר 07 מועד חורף פתרונות עפר

Microsoft Word - solutions.doc

Microsoft Word - ExamA_Final_Solution.docx

פתרון וחקירת מערכות של משוואות לינאריות שאלות: 1( מצא אילו מהמערכות הבאות הן מערכות שקולות: 2x+ y= 4 x+ y= 3 x y = 0 2x+ y = 3 x+ 10y= 11 א. 2x 2y= 0

אי שוויונים ממעלה ראשונה לארבע יחידות

א. נציג את השרטוט המתאים ונסביר בהמשך: שטח המשולש גדול פי משטח המשולש בגרות סט יולי 09 מועד קיץ ב שאלון CAE, CEB כאשר לשני המשולשים גובה משותף

Microsoft Word - madar1.docx

טיפים להצלחה במהלך הבחינה 1. בתחילת הבחינה קראו היטב את כל השאלות וסמנו לעצמכם את השאלות המועדפות על ידכם. קראו כל שאלה לפחות פעמיים, כדי שלא תחמיצו נ

מועד: א בחינה סופית במתמטיקה דיסקרטית משך הבחינה: 2 1 שעות מרצה: פרופ' תאופיק מנסור תאריך: סמסטר: א תשע"ח m 2 הוראות לנבחן: )1( הבחינה מו

תורת החישוביות תרגול הכנה לוגיקה ותורת הקבוצות מה יש כאן? בקורס תורת החישוביות נניח ידע בסיסי בתורת הקבוצות ובלוגיקה, והכרות עם מושגים בסיסיים כמו א"ב

בגרות עז יולי 17 מועד קיץ ב שאלון ,000 א. ניתוח הנתונים מחירה של ספה הוא שקלים, והיא התייקרה ב-. 25% כאשר המחיר מתייקר ב- המחיר החדש הוא פי,

. שאלה 1: ה אי x] T : R 4[ x] R 4[ אופרטור ליניארי מוגדר על-ידי T( ax bx cx d) bx ax cx c )13 נק'( א( מצאו את הערכים העצמיים, המרחבים העצמיים

פסגות ע"ש ברוך ונגר בית ספר על יסודי מקיף ומכללה -

מבוא ללוגיקה ולתורת הקבוצות

עבודת קיץ לקראת כיתה ט' - מצויינות מתמטיקה העבודה כוללת שאלות מכל הנושאים שנלמדו במהלך השנה. את חלק מהשאלות כבר פגשתם, וזו הזדמנות עבורכם לוודא שאתם י

Microsoft Word - 38

1 בגרות עח יולי 18 מועד קיץ ב שאלון x b 2 2 y x 6x שיעור ה- א x לכן, של קדקוד הפרבולה, ו-, מתקבל על ידי הנוסחה a. C(3, 9) ובהתאם, y. (3, 9) 2 C

MathType Commands 6 for Word

îáçï îúëåðú îñ' 1

עמוד 1 מתוך 5 יוחאי אלדור, סטטיסטיקאי סטטיסטיקה תיאורית + לוחות שכיחות בדידים/רציפים בגדול מקצוע הסטטיסטיקה נחלק ל- 2 תחומים עיקריים- סטט

PowerPoint Presentation

סט נובמבר 08 מועד מיוחד - פתרונות עפר.doc

ע 003 מרץ 10 מועד מיוחד פתרונות עפר

משוואות דפרנציאליות רגילות /ח

א"ודח ב2 גרבימ הרש 1 רפסמ האצרה סקוטס טפשמו בחרמב םיווק םילרגטניא 13 בחרמב ינש גוסמ יוק לרגטניא L יהי :ידי לע ירטמרפ ןפואב ראותמה בחרמב קלח םוקע (x(t)

שיעור 1

Microsoft Word - shedva_2011

Slide 1

שעור 6

מצגת של PowerPoint

פסגות ע"ש ברוך ונגר בית ספר על יסודי מקיף ומכללה עבודת קיץ לבוגרי כיתה ז' קבוצת מיצוי " שכונה מערבית, רח' הפסגה 17 כרמיאל דוא"ל:

ע 001 ינואר 10 מועד חורף פתרונות עפר

מבנים בדידים וקומבינטוריקה סמסטר אביב תשע"ט מספרי רמזי תרגול 11 הגדרה: (t R = R(s, הוא המספר הטבעי הקטן ביותר כך שבכל צביעה של צלעות הגרף וכחול(, קיים

ðñôç 005 î

Microsoft Word פרק 16 - פתרון משוואות רמה א

מקומות גיאומטריים השתלמות קיץ הקדמה: נושא המקומות הגיאומטריים הינו מרכזי בתכנית הלימוד ל- 5 יח"ל. פרק זה מאגד בתוכו את כל המרכיבים של הגיאומטרי

תרגיל 5-1

מתמטיקה לכיתה ט פונקציה ריבועית

08-78-(2004)

תכנון אלגוריתמים, אביב 1021, תרגול מס' 4 תכנון דינאמי תכנון דינאמי בתרגול זה נדון בבעיית הכפלת סדרת מטריצות (16.1.(CLR ראשית נראה דוגמא: דוגמא: תהינה

המחלקה למתמטיקה Department of Mathematics פרויקט מסכם לתואר בוגר במדעים )B.Sc( במתמטיקה שימושית שברים משולבים וקירובי פדה ריאן סלאח אלדין Continued fr

Microsoft Word - beayot tnua 3 pitronot.doc

תכנון אלגוריתמים עבודת בית 4: תכנון אלגוריתמים תאריך הגשה: 02: , בצהריים,תא מספר 66 בקומת כניסה של בניין 003 מתרגל אחראי: אורי 0

אוניברסיטת בן-גוריון המחלקה למדעי המחשב בוחן במבנים בדידים וקומבינטוריקה פרופ' מתיא כ"ץ, ד"ר עופר נימן, ד"ר סטוארט סמית, ד"ר נתן רובין, גב'

Microsoft Word - two_variables3.doc

עבודת קיץ לתלמידים כיתה ט' העולים לכיתה י (רמה 4-5 יחידות)

פונקציה מסדר ראשון; הגדרת קו ישר: - הצגה ע"י ביטוי אלגברי וגרפי

אוניברסיטת חיפה החוג למדעי המחשב.5.6 מבוא למדעי המחשב סמסטר א' תשע"ז בחינה סופית מועד א', מרצה: שולי וינטנר מתרגלים: סמאח אידריס, ראמי עילבו

1 מבחן משווה בפיסיקה כיתה ז' משך המבחן 90 דקות מבנה השאלון : שאלון זה כולל 4 שאלות עליך לענות על כולן.כתוב את הפתרונות המפורטים בדפים נפרדים וצרף אותם

מבחן חוזר במכניקה 55 א יא יח""ללח פתור 3 מהשאלות 1-5 לכל שאלה 33%. חומר עזר מותר מחשבון ונוסחאון של בגרות. v m sec משך הבחינה 105 דקות. שאלה מספר 1 4

<4D F736F F D20FAF8E2E5EC20E0ECE2E1F8E420EEF2E5F8E D F9E0ECE5FA2E646F63>

PowerPoint Presentation

PRESENTATION NAME

עבודת קיץ לתלמידים כיתה ט' העולים לכיתה י (רמה 4-5 יחידות)

HaredimZ2.indb

מעבדה א' בפיזיקה הענות לתדר ותהודה רקע תאורטי תשע"ב נגד, קבל וסליל במעגלים חשמליים בניסוי זה נחקור את התנהגותם של מעגלים חשמליים המכילים נגדים קבלים ו

אלגברה ליניארית תאוריה ותרגילים פרופ' שלמה הבלין, אוניברסיטת בר אילן ד"ר יפית מעין, מרכז אקדמי לב

הטכניון מכון טכנולוגי לישראל אלגוריתמים 1 )443432( סמסטר חורף הפקולטה למדעי המחשב תרגול 9 מסלולים קלים ביותר תרגיל APSP - 1 עד כה דנו באלגור

Microsoft Word - ex04ans.docx

מדינת ישראל משרד החינוך נוסחאות ונתונים בפיזיקה נספח לכל בחינות הבגרות ברמה של 5 יח"ל תוכן העניינים נוסחאות עמוד מכניקה 2 אלקטרומגנטיות 3 קרינה וחומר

מבחן סוף סמסטר מועד א 15/02/08 מרצה אחראית: דר שירלי הלוי גינסברג מתרגלים: גלעד קותיאל, דניאל גנקין הוראות: א. בטופס המבחן 7 עמודים ו 4 דפי נוסחאות. ב

<4D F736F F D20EEFAEEE8E9F7E420E020ECEBECEBECF0E9ED202D20E0E9F0E1F8F1E9E8FA20FAEC20E0E1E9E12E646F63>

Microsoft Word - 11_9006.doc

Microsoft Word - ניספח_8.doc

Microsoft Word - tutorial Dynamic Programming _Jun_-05.doc

חלק א' – הקדמה

הגנה - שקפי תרגול

גמר לבתי ספר לטכנאים ולהנדסאים סוג הבחינה: מדינת ישראל אביב תשע"א, 2011 מועד הבחינה: משרד החינוך סמל השאלון: נספחים: א. נספח לשאלה 2 ההנחיות בש

עבודת קיץ לתלמידים כיתה ט' העולים לכיתה י (רמה 4-5 יחידות)

תמליל:

לביא קרפ הקדמה נניחכיפונקציהf רציפהלמקוטעיןבקטע 0, P,P P,אזמהתאוריהשלטוריפורייהאנו > יודעיםכיניתןלפתחאתהפונקציהf לטורפורייהמרוכב ( f(x ( c n = P n= P P c n e inπ P x, f(xe inπ P x dx כאשר nπ טורפורייהמאופייןעלידיהתדרים והאמפליטודה c n שקובעיםאתהפונקציה f כעת P נשאיףאתP לאינסוףוננסהלמצואאתהנוסחאותשמתקבלותמ( ו( לשםכךנגדיר את הפונקציה P (3 f(p,ω = f(xe iωx dx P ω,אז n = nπ נשיםלבשאם P P f(p,ω n = P f(x P n= = { ω n=ω n+ ω n= π P } nπ f(p, P = P P P f(p,ω n e iωnx = n= f(xe inπ P x dx = c n n= f(p,ω n e iωnxπ P f(p,ω n e iωnx ω n ומכאן (4 כלומר,טורפורייההואסכוםרימןעםחלוקהלקטעיםבאורךשווהל π P,במקרההזההחלוקה היאשלהקטע(, לכןכאשר P זהועידוןשלהחלוקהואזמטורפורייה( ו

(5 f(x f(ωe iωx dω, (4 נקבל וכאשרמ( 3 אנורואיםש (6 f(ω = lim f(p,ω = lim P P P P f(xe iωx dx = f(xe iωx dx האינטגרל (6 נקרא ואילו (5 נקרא אינטגרל פורייה או הפוכה הנוסחאות( 6 ו( 5 הןהמקבילותלטוריפורייה( ו( בקטע( P,P טורפורייה משחזר פונקציה שמוגדרת בקטע (P,P באמצעות סכום הרמוני,כלומר,התדרים הם כפולות שלמותשלהתדרהיסודיπ והטורהואפונקציהמחזוריתעםמחזור P לעומתזאת,בהתמרת P פורייה,הפונקציה מוגדרת בקטע (, וניתן להתייחס אליה כפונקציה עם מחזור אינסופי, { nπ ואילובהתמרתפורייההתדר אושאינהמחזורית בטורפורייההתדריםבדידים = n P { רציף,(, ω הגדרת הגדרה (התמרתפורייהתהיf פונקציהשמוגדרתבכלR,אז ( F f](ω = f(ω = f(xe iωx dx נקראת של f,בתנאי שהאינטגרל מתכנס ניתן להתייחס אל f(x כאות במרחב הזמן כשהמשתנה x מייצג את הזמן, ואילו התמרת פורייה( f(ω היאפונקציהבמשתנהω שמייצגתאתהאותבמרחבהתדר נהוגגםלהגדיראת התמרתפורייהללאחלוקהב באינטגרל( איןלזההשפעהמשמעותיתאנובחרנואת ההגדרה כפי שמופיעה בספר הקורס הערה האינטגרל ( שמגדיר את הוא אינטגרל לא אמיתי (אינטגרל b מוכלל חישובונעשהבאמצעותהגבולdx lim a,b f(xe iωx בכדילהקלעלהסימונים a נשתמשבהסכמהש( F(b F( = lim b נחשב כעת מספר דוגמאות פשוטות c לביאקרפ

0 דוגמה חשבאתהתמרתפורייהשל x f(x = e פתרוןנחשבתחילהאתהאינטגרלבקטע 0, ולאחרמכןבקטעהמשלים e x e iωx dx = lim 0 b b = iω e x e iωx dx = lim 0 b b ( lim b e b e ibω e x( iω dx = lim = iω e x( iω 0 b b iω בחישובהגבולהשתמשנובעובדהש e b שואףלאפסכאשרb שואףלאינסוףו e ibω פונקציה חסומה( = ibω e,לכןהגבולהואאפס אתהחישובשלהחלקהשנינעשהללאגבול,אבל נזכור שאנו למעשה מחשבים אינטגרלים לא אמיתיים ושחישובם כולל חישוב של גבול 0 e x e iωx dx = ( f(ω = 0 e x e iωx dx = 0 e x(+iω dx = e x(+iω +iω = 0 +iω נחברכעתאתשניהאינטגרליםונחלקב וקיבלנואתהתמרתפורייה ( iω + +iω = π(+ω = ( H(x,שנקראת פונקציית מלבן {, x 0, x > דוגמה חשבאתהתמרתפורייהשל פתרוןכעתאיןבעיהעםאינטגרללאאמיתי,אבלנצטרךלחשבלחודאתההתמרהעבור,ω תחילהנניחכי 0 ω = 0 Ĥ(ω = H(xe iωx dx = Ĥ(0 = e iωx dx = e iωx iω dx = π = eiω e iω iω = sinω πω עבור 0 = ω שימולבשבהתמרהשלדוגמה( מתקייםש sinω lim Ĥ(ω = lim ω 0 ω 0 πω = π = Ĥ(0 בהמשךנראהשהתמרתפורייההיאפונקציהרציפהבמשתנהω ואזלמעשהאיןצורךבחישוב ההתמרה עבור ערכים בודדים של ω c לביאקרפ 3

=,T(x שנקראת פונקציית { x, x 0, x > דוגמה 3 חשב את של משולש פתרוןנשיםלבש x cosωx פונקציהזוגיתואילו x sinωx פונקציהאי-זוגית לכן T(ω = = π 0 T(xe iωx dx = ( x e iωx dx = ( xcos(ωxdx = ( xsin(ωx πω + 0 0 ( x (cos(ωx isinωxdx sin(ωx dx = cos(ωx πω πω = cosω 0 πω 3 תכונותשלהתמרתפורייה הגדרת לפי האינטגרל ( מתבססת על אינטגרל לא אמיתי, לכן חייבים להגדיר מחלקה שעבורה האינטגרל הזה קיים הגדרה 3 (המחלקה( G(R נתונהפונקציהC,f : R נאמרש f שייכתלמחלקה( G(R, אם:,כלומר,האינטגרל מתכנס בהחלט א < f(x dx ב f רציפהלמקוטעיןבכלקטעסופי a,b ] הטענה הבאה פשוטה להוכחה ונביא אותה ללא ההוכחה טענה 3 יהיוfוg שתיפונקציותבמחלקה( G(R וα,β סקלרים אהתמרתפורייההיאפעולהלינארית,כלומר,( g](ω ] F αf +βg](ω = αf f](ω+βf באםf פונקציהממשית,אז( f(ω f( ω = מוגדרלכלω ( f(ω,כלומר,( f(ω משפט 3 לכל( G(R f מתקיים: א f(x dx ב( f(ω פונקציהרציפהבמשתנהω ג 0 = f(ω lim ω ± c לביאקרפ 4

סעיףא פשוטלהוכחהונובעמכךש = iωx e הוכחתהסעיפיםב וג מורכבתולאנביא אותה כאן סעיף ג זה האנלוגיה ללמה של רימן ולבג (Riemann-Lebesgue בטורי פורייה דוגמה 3 האםהפונקציה cosω היאהתמרתפורייהשלאיזושהי( G(R?f התשובה היאשליליתמכיווןש( cosω lim לאקיים סותראתסעיףג שלמשפט 3 ω ± המשפטהבאדןביחסשלהתמרתפורייהשלהפונקציהוהנגזרתשלה lim,אז משפט 3 נניחכי( G(R f,fו 0 = f(x x ± (3 F f ] (ω = (f (ω = iω f(ω = iωff](ω (3 F ניתןלהכלילמשפטזהלסדרגבוהשלנגזרות: משפט( 3 אם( G(R f,f,,f (n ותנאיהנגזרתשלמשפט 3 מתקיים,אז f (n] (ω = (f (n (ω = (iω n f(ω = (iω n Ff](ω למשפט 3 יש משמעות חשובה בתאוריה של משוואות דיפרנציאליות הוא מאפשר להעביר משוואהדיפרנציאליתלמשוואהאלגברית למשל,המשוואה y 5y +4y = f לאחרהתמרת פורייה של הפונקציה y תעבור למשוואה f(ω ω i5ω +4 ŷ(ω = ( האחרונה נקראת משוואה אלגברית תכונה דומה יש להתמרת לפלס שנלמד בחלק האחרון של הקורס ונשתמש בה לפתרון משוואות דיפרנציאליות (f (ω = f (xe iωx dx = f(xe iωx הוכחת משפט 3 נשתמש באינטגרציה בחלקים iωf(xe iωx dx = iω f(ω כאןהשתמשנובהנחהש 0 = f(x lim שגוררשגם 0 = iωx lim x ± f(xe x ± במשפטהבאנראהתופעהדומהעבורהנגזרתשלהתמרתפורייה (33 i d dω f(ω = (xf(x(ω = F xf(x](ω משפט 33 אם( G(R ( f,(xf,אז c לביאקרפ 5

d dω f(ω = = d dω f(xe iωx dx = הוכחה נחליף את הסדר בין הגזירה לאינטגרל: d ( f(xe iωx dx dω ( ix ( f(xe iωx dx = i (xf(x(ω באופןדומהניתןלהראותש i n dn dω n f(ω = (x n f(x(ω = F x n f(x](ω כעת יש לנו אפשרות לחשב את אחת ההתמרות החשובות ביותר, זוהי של פונקצייתהפעמוןשלגאוס e x נציב ( f(x,אז( xf(x = e x f (x = xe x = כלומר, קיבלנו את המשוואה ( (ω ln( f = f f f +xf = 0 ממשפטים 3 ו 33 התמרתפורייהשלהמשוואהנותנת iω f +i( f = 0 זוהימשוואהדיפרנציאליתפרידהופתרונהמתקבלבדרךהבאה: (ω = ω אזC + ln( f(ω = ω אוש ( f(ω אתהקבוע = C e ω C נקבעעלידיהערךשלההתמרה בנקודה 0 = ω (34 C = f(0 = (35 F e x dx = = אנונראהאתחישובהאינטגרל( 34 בנספח 8 כעתנסכםש ] ( e x (ω = e x (ω = e ω הערה 3 פונקצייתגאוסהיאהפונקציההיחידהשהתמרתפורייהשלהנותנתאותוסוגשל פונקציה במיליםאחרות,אםנתייחסלהתמרתפורייה F כהעתקהלינארית,אזאנורואים ש e x זוהיפונקציהעצמיתשל F עםערךעצמי נסכםאתחישוביההתמרותשעשינועדכהבטבלהמטהאתשארהחישוביםנעשהבאמצעות תכונות נוספות,משפטי ההתמרה ההפוכה וקונבולוציה c לביאקרפ 6

חלקות f(x ˆf(ω דעיכה f רציפה x e f C e x {, x = H(x f לארציפה = T(x f רציפה { 0, x > x, x 0, x > π(+ω e ω sinω πω f(ω ω דועכת מהר מאוד טבלה : התמרות פורייה בסיסיות f(ω ω cosω πω f(ω ω הערה 3 שימו לב לקשר בין חלקות (רציפות/גזירותשל הפונקציה לדעיכה לאפס של ההתמרה באינסוףאםלפונקציהf ישקפיצהבמספרנקודות,אזההתמרהשלהדועכתבקצבשל ω לעומתזאת,אם f רציפה,אזבדרךכלל ω f(ω עבור ω בסביבתאינסוף ואילואם הפונקציהגזירה,אזבדרךכללההתמרהשלהיורדתבקצב 3 ω באינסוף כיצדנחשבאתהתמרתפורייהשל e x בהנחהשההתמרהשל e x ידועה? נשיםלבשאם ( f(x,אז = e x f( x = e x הפעולההזונקראתמתיחה,כיווץ,אודמיון הגדרה 3 (דמיוןנתונהR fו 0 : R > a,אז( f(ax f a (x = נקראדמיון = T(x כאשר { x, x 0, x > איור מתאראתהגרףשלהדמיוןשלפונקצייתהמשולש a ו = a = T איור : כחול: T,אדום: T וירוק: (36 fa (ω = F f a ](ω = a F f] ( ω a טענה 3 אם( G(R fו 0 > a,אז( G(R f a ו = a f ( ω a c לביאקרפ 7

הוכחהראשיתזהברורש f a אינטגרביליתבהחלטורציפהלמקוטעיןבכלקטעסופי כעת לחישוב ההתמרה, f a (ω = f(axe iωx dx ax = t dx = dt a iωx = i w a t = f(te iwtdt a a = a f ( ω a נחזורכעתלחישובהתמרתפורייהשל e x נציב e x g(x = e x אז = (x g ומטבלה אנויודעיםאתהתמרתפורייהשלg לפיכך,מטענה 3 נקבלש F e x] ] (ω = F g (ω = ω F g]( = ( ω e = π e ω 4 פעולהגאומטריותנוספתשנשתמשבההיאהזזה כלומר,אם f היאפונקציהשמוגדרתעל כלהקטע(,,אז( f(x a זההזזהימינהשלהגרףשל aבf למשל,אם 0 = 0,f(x אז 0 = f(x a כאשרa + x = x 0 טענה 33 תהיf פונקציהבמחלקה( G(RוR a אז (37 F f(x a](ω = e iaω F f](ω; א (38 F e iax f ] (ω = F f](ω a ב אנו מבחינים בתופעה מעניינת של, שניתן לכנותה הדואליות של התמרת פורייה הזזהבמרחבהזמן,שקולהלפי( 37 להכפלהבפונקצייתהתדר e iaω במרחבהתדר ואילו, הזזה במרחב התדר, שקולה לפי (38 להכפלה ב e iax במרחב הזמן כנאמר לעיל מתקיים גם לגבי גזירה והכפלה במשתנה לפי (3 גזירה במרחב הזמן שקולה להכפלה ב iω במרחבהתדר,וגזירהבמרחבהתדר,שקולהלפי( 33 להכפלהבx במרחבהזמן הוכחה של טענה ( 33 ההוכחה פשוטה ונובעת ישירות מהגדרת על ידי שינוי משתנים באינטגרל נקבל F f(x a](ω = = e iaω F f](ω { f(x ae iωx dx x a = t iωx = iaω iωt } = f(te iaω e iωt dt אתהוכחתסעיףב נשאירלקורא c לביאקרפ 8

e x +8x 4 דוגמה 3 חשבהתמרתפורייהשל פתרון החישוב מתבסס על של g(x = e x שידועהמטבלה נתחילבהשלמה ריבועיתשלהמעריך: (x 4 + x,אז +8x 4 = e x +8x 4 = e (x 4 e לכןמספיק לחשבאתההתמרהשל (x 4 f(x = e אתהפונקציהf ניתןלקבלעלידיהפעולותהבאות: (39 g(x g (x (g (x 4 = e (x 4 = f(x איור מתארפעולותאלו כעת,לפיהנוסחאות( 37,(36 וטבלה נקבלש איור : כחול: e,אדום: x e x וירוק: (x 4 e F e (x 4] ( ] (ω = F g (x 4 (ω = e i4ω F g ](ω (x = e i4ω ω F g(x]( = e i4ω π e ω 4 (30 שימולבשלאניתןלשנותאתסדרהפעולות בחישובשלהתמרהאנופועליםבסדרהפוךמ e i4ω+ e ω π (39 נכפילאתהתוצאהשל( 30 ב e ונקבלאתהתשובה: 4 x, x 3 f(x = 5 x, 3 < x 5 אחרת,0 דוגמה 33 חשבהתמרתפורייהשל פתרוןגםבדוגמההזונסתמךעלהזזהוהכפלהבסקלרבשילובשלהתמרתפורייהשלפונקציית המשולש( T(x כפישמופיעהבטבלה מכיווןשרוחבהמשולששלf הוא 4 ושל T הוא,אז נתחיל עם פעולת הדמיון: ( ( T(x T(x T (x 3 T (x 3 = f(x c לביאקרפ 9

אתחישובההתמרהנעשהבסדרהפוךולפיהנוסחאות( 36 ו( 37 : ( ] ( F f](ω = F T (x 3 (ω = F T ( cosω = 4e i3ω F T(x](ω = 4e i3ω π(ω ] (x 3 (ω = e i3ω F T ( cosω = e i3ω πω ] (x (ω f(x וסגול: T (x 3 ירוק: T איור 3 : כחול: ( T(x,אדום: (x ] F e x cosx (ω = ( F e x ] (ω +F = ( F דוגמה 34 חשבהתמרתפורייהשלcosx f(x = e x פתרוןתחילהנשתמשבהצגהמרוכבתשלcosx : e x cosx = e x ( e ix +e ix לפיכך,עלסמךטענה 3,נוסחה( 38 והטבלה e x e ix] (ω+f e x e ix] (ω e x ] (ω + = ( π(+(w + π(+(w + בפתרון הדוגמה הזו השתמשנו למעשה בנוסחת המודולציה שהיא תוצאה ישירה של טענה 3, נוסחה (38 נוסחתהמודולציה: נתונה( G(R Rוf a,אז F f cosax](ω = (F f](ω a+f f](ω +a, (3 F f sinax](ω = (F f](ω a F f](ω +a i (3 c לביאקרפ 0

f(x = { sinx, x π 0, x > 0 דוגמה 35 חשבהתמרתפורייהשל פתרון נשתמש בנוסחת המודולציה בשילוב עם פונקציית המלבן H(x שההתמרה שלה מופיעה בטבלה לשםכךנצטרךלהתאיםאתרוחבהמלבן H לקטעשבו f אינהשווהזהותית H לאפס,וזאתנעשהעלידיהדמיון π F f](ω = F H π = π ( sin(π(ω i π (ω sinπω =i π( w ] sinx H π איור 4 : שחור: H ואדום כעתנציב (xsinx f(x = H ולפינוסחתהמודולציה( 3 נקבל π (ω = (Ĥ Ĥ i π(ω π sin(π(ω + π (ω + = {sin(α±π= sin α} (ω + π i = π (Ĥ(π(ω Ĥ(π(ω + i ( sinπω π (ω + sinπω π (ω + שימולבשפונקציהזורציפהבנקודות ± = ω f(x = { x, x 0, x > דוגמה 36 חשבהתמרתפורייהשל פתרוןגםכאןנשתמשבעובדהשאנוכבריודעיםאתהתמרתפורייהשלHוש( xh(x f(x = כעת,לפימשפט 33 F f](ω = F xh](ω = i d dωĥ(ω = i d sinω dω πω = iωcosω sinω πω c לביאקרפ

4 הפוכה בטוריפורייהמרוכבים,פונקציהC f : π,π] מותמרתלסדרתמספרים n= {c n } לפי הנוסחה c n = f(x = π π f(xe inx dx, ולפי משפט דירכלה ניתן לשחזר אותה לפי הנוסחה n= c n e inx המשפט על הפוכה דומה למשפט דירכלה ומאפשר שיחזור הפונקציה מהתמרת פורייה שלה פונקציה G(R f מותמרת לפונקציה במרחב התדר f(ω = f(xe ixω dx, והמשפט הבא מתאר כיצד ניתן לשחזר את הפונקציה מ שלה משפט 4 (התמרתפורייההפוכהתהי f פונקציהבמחלקה( G(R ו f התמרתפורייהשלה נניחכיבנקודה x 0 הנגזרותהימניות( 0 f R (x והשמאליות( 0 f L (x קיימות אז (4 ( f(x + 0 +f(x 0 = lim M M M f(ωe ix 0ω dω מסקנה 4 אם האינטגרל של f(ω מתכנס בהחלט והנגזרות הימניות והשמאליות קיימות בנקודהx,אזf אזרציפהבנקודהו (4 f(x = f(ωe ixω dω האינטגרל (4 נקרא אינטגרל פורייה, או הפוכה מהזהות (4 נובע שהפונקציה f רציפה לכל x הרציפות של f נובעת ממשפט 3 שבו אנו מחליפים את התפקידיםביןxלω = H(x אז לפי הטבלה {, x 0, x > דוגמה 4 ניקח לדוגמה את פונקציית המלבן עלסמךהמשפט 4,עםההתמרהההפוכהנקבלש lim M M M sinω πω eixω dω =, x <, x = ± 0, x > Ĥ(ω = sinω πω c לביאקרפ

f(x = דוגמה 4 חשבהתמרתפורייהשל +x = (ω F e x ] לכןעלסמךהמשפט 4 ו π(+ω פתרוןאנויודעיםמחישוביםקודמיםש e ω = π e x = π +x eixω dx = {x= t} π +ω eixω dω (4 אםנחליףאתהתפקידיםביןxלω נקבל +t e itω dt = F +t ] (ω לכן e ω F (+x ] (ω = F a +x a +x = ] (ω = a F a (+ ( x a > 0, דוגמה 43 חשבהתמרתפורייהשל a +x a = a f (x a = ( f(x,אז פתרוןנציב +x כעת,לפיתכונתהדמיון( 36 ודוגמה 4 אנויודעיםש f a ] (ω = a F f](aω = a e a ω דוגמה 44 חשבהתמרתפורייהשל +4x+3 x פתרון נתחיל עם השלמה ריבועית של המכנה: ( (x+ + = 9 9 + + (x x + 4x + 3 = כעתנציב =,f(x אזאתהפונקציה +x 3 שעבורה צריך לחשב את ההתמרה ניתן לקבל באמצעות פעולות הדמיון והזזה הבאות: f(x = x + f (x = 3 9 ( f 3 ( ( (x f (x+ = 3 + 3 (x+ = 9( (x+ 3 + ( x+ 3 + c לביאקרפ 3

F ( f (x+ ](ω = 9 ( 9 F f (x+ ](ω = eiω 3 3 9 F xe x = π F = eiω 6 e 3 ω כעת,לפי תכונת הדמיון ( 36,הזזה (37 ודוגמה 4 d לכןלפימשפט 33, xe x ] (ω = i d dω f 3 (x ](ω = 3eiω 9 F f](3ω x דוגמה 45 חשבהתמרתפורייהשל (+x dx π(+ω = +x = x iω π(+ω פתרוןאנורואיםכי (+x לכןעלידיהמשפטעלההתמרהההפוכה,משפט 4,ונוסחה( 4 נקבלש iω (+ω eixω dω = {ω= u} F x (+x iu (+u e ixu du = 4iF u (+u ] (x עכשיונחליףאתהתפקידיםביןuלx ונקבל ] (ω = i 4 ωe ω 5 קונבולוציה (Convolution נתחיל עם שאלה נתונות שתי פונקציות G(R,f,g מהי ההפוכה של? f(ωĝ(ω ננסהלענותעלהשאלהבאמצעותהחישובהבא: f(ωĝ(ω = = = ( ( ( f(xe ixω dx f(xg(te iω(x+t dxdt g(te itω dt f(xg(z xdx e izω dz }{{} קונבולוציה x+t = z t = z x dt = dz c לביאקרפ 4

(5 (f g(x = f(x tg(tdt הגדרה 5 (קונבולוציהעבור( G(R f,g הביטוי נקרא קונבולוציה (f g(x = תיאור גרפי של הקונבולוציה ניתן למצוא באתר https://enwikipediaorg/wiki/convolution אם נכתוב את האינטגרל (5 כסכום רימן, f(x tg(tdt f(x t i g(t i t i, אז( f(x t i זההזזהשל f והקונבולוציההיאבערךסכוםההזזותעםמשקל g(t i t i לכן הקונבולוציה כהרכבה של ההזזות של הפונקציה f ביחס לפונקציה g לדוגמה, { ניתן להבין את ( g(x,אז = a, x a אם x > a 0, (f g(x = a x+a x a f(tdt שזההממוצעשלf בקטע x a,x+a ] משפט 5 (הקונבולציהאם( G(R f,g,אז א( G(R ;f g ב ;f g = g f (5 F f g](ω = F f](ωf g](ω = f(ωĝ(ω ג החלקהעיקרישלהמשפטהואכמובןסעיףג שנותןמענהלשאלהמהיהתמרההפוכהשל f ĝ והוכחבחישוביםמעלה חלקב נובעישירותמחלקג מכיווןשלסדרבכפלשלמספרים מרוכביםאיןחשיבות נוכיחלפיכךאתחלקא הוכחה c לביאקרפ 5

אנראה שהקונבולוציה g(x f היא אינטגרבילית בהחלטנעשה זאת באמצעות אי שוויון המשולש לאינטגרלים והחלפת משתנה (f g(x dx = {x t=z} g(t f(x tg(t dt dx = f(z dz dt = g(t dt g(t f(z dz, f(x t dx dt ומכאןשאםfוg אינטגרביליותבהחלט,אזגםg f f(x = sinx אינהשייכתלמחלקה( G(R,אבלהיאהתמרתפורייהשל x הערה 5 הפונקציה השאלההיא פונקצייתהמלבן(עדכדיהכפלהבקבועומקיימתאתהתנאי < dx f(x האם סעיף ג של משפט הקונבולוציה 5 מתקיים גם במקרה הזה? ניתן להראות שבתנאים מסוימיםהתשובההיאחיובית למשלאם gוf מקיימותאתהתנאיםהבאים: f התמרת,f(x = c כאשר פורייה של פונקציה במחלקה,G(R ניתן לבטא זאת כך, f(ωe ixω dω,כנ לעבורg,אז F f g](ω = f(ωĝ(ω f(x dx < ו f G(R F f g](ω = מקיימתאתהתנאימעלה,אז( H(ωĝ(ω gוf(x = sinx x לדוגמה,אם נביא כעת מספר דוגמאות (f חשבאתהקונבולוציה( f(x f(x = דוגמה 5 נתונההפונקציה +x (f f(x = פתרוןא נחשבעלסמךההגדרהלפיהנוסחה( 5 : +(x t +t dt ניתןאמנםלחשבאינטגרלזה,אבלזהלאפשוט לכןנפנהלפתרוןבאמצעותקונבולוציה פתרוןב עלסמךדוגמה 4, e ω f(ω = אזלפימשפטהקונבולוציה ( (f f(ω = e ω = π e ω c לביאקרפ 6

, a = צריךלקייםאתהשוויון לפיכך,קבועהדמיוןa f a (ω = f ( ω a a לפיכללהדמיון( 36, או = a כעתנציב f,אז f = cf ĉf(ω = c f(ω = π e ω (f f(x = π 4 f (x = π 4 + ( x = π 4+x לפיכך c = π 4 ו (H ( H(x חשבאתהקונבולוציה( H(x = (53 (H H(x = {, x דוגמה 5 נתונהפונקצייתהמלבן > x 0, H(x th(tdt פתרון א לפי הגדרת הקונבולוציה מכיווןשהפונקציהH היאאחדאואפס,אזהאינטגרל( 53 שווהלאורךהקטעשלהחיתוך, x < ( H H(x אם 0 = x,אזהחיתוךריקו 0 < t }אם : x t } {t : t } אזמתקבלהקטע +,x שאורכוהואx+ x + ( = לכןx+ (H H(x = אם x 0,אזמתקבלהקטע x, ]ו x (H H(x = וכאשרx <,אזהחיתוך ריק לסיכום { x, x (H H(x = 0, x > = T (x פתרון ב כעת נשתמש במשפט הקונבולוציה ובנוסחה (5 לפי הטבלה ונוסחאות טריגונומטריות F T (H H(ω = T ואמנם ( sinω = cosω πω πω לפיטבלתההתמרות,אנורואיםשהפונקציההזושווה ] (ω = 4F T](ω = 4 cosω π(ω = cosω πω הערה 5 אנו רואים שלמרות שפונקציית המלבן H אינה רציפה,הקונבולוציה היא פונקציה רציפה זוהי אחת מהתכונות של קונבולוציה שהיא מחליקה פונקציות כלומר,הגזירות של הקונבולוציה היא מסדר גבוה יותר מאשר של הפונקציות שמרכיבות אותה c לביאקרפ 7

5 מסננים (Filters נראהכעתאתהיישוםשלקונבולוציהלמסנןנמוךתדר,אוכפישמוכרבאנגליתpass Low filter נתונהאותf במרחבהזמןו( f(ω מייצגאתהתדריםשלהאותf נניחשאנומעוניינים לתחוםאתהתדריםלתחום{ A (A > 0 {ω R : A ω כלומרנסנןאתכלהתדרים אשרגודלםבערךמוחלטעולהעלA נגדיראתהתמרתפורייהשלהאותהמסונן: f out (ω = { f, ω A 0, ω > A איור 5 : ירוקf,אדוםout f כעתאנוצריכיםלחשבאתהאותהמסונן f out נשיםלבשהתמרתפורייהשלוהיא (54 fout (ω = f(ωh (ω, A כאשר H היא פונקציית המלבן לפיכךאםקיימתפונקציה h A כךש( (ω Fh,אזלפימשפטהקונבולוציה A ](ω = H A (55 f out (x = (f h A(x ] מהי?hA האם?h A = F נצייןשישכאןבעיהמכיווןשהפונקציה H אינהרציפה, H A A לכן היא אינה של פונקציה במחלקה ( G(R,ראה הערה 5 בהסתמך על כך H אינהרציפהונחשבאת A שההתמרה וההתמרה ההפוכה פעולות כמעט זהות,נתעלם מכך ש ההתמרה ההפוכה שלה נתחילעםחישובהתמרתפורייההפוכהשלהפונקציה( H(ω אנויודעיםש FH](ω = sinω אזלפיהמשפטשלההתמרהההפוכה, πω H(x = lim M M M sin(ω πω eiωx dω = lim M M M 8 sin(u u e iux du sinu = F u ] (x c לביאקרפ

F sinx כעתנשתמשבדמיון, ] sin(ax F (ω = ] sin(x (ω Ax A F x A ] (ω = sin(ax h A (x = לכן לפימשפט x (56 f out (x = = ( ω A H = A A H (ω A x ] (ω = כלומר( H(ω,F sinax כלומר x H( ω וקבלנו ש A A נצמצםב הקונבולוציה,האות המסונן במרחב הזמן ניתן על ידי (f h A(x = π f(t x sinat dt t הערה 53 מלבד הבעיה שהפונקציה (ω H אינהרציפהולכןהיאאינההתמרתפורייהשל A sinat שואפתבקצב t פונקציה ששייכת למחלקה ( G(R,למסנן (56 יש חסרון נוסף הפונקציה אטי לאפס כאשר t שואף לאינסוףזה גורם לקשיים בחישובים הנומריים של האינטגרללמסנן משופר שמתמודד עם הבעיה הזו ראה בדפי התרגילים כמובןשניתןשיהיוכמהמסננים לדוגמה,נניחכייששנימסננים,כלאחדבאורך M וכך שהחיתוךשלהקטעים{ M M}ו{ ω c { ω c ריק כלומר,רקתדריםשנמצאים באיחודשלשניהקטעיםהאלועוברים(ראהאיור 6 איור 6: שני מסננים באורך M,מעביר תדרים בקטעים הכחולים במקרההזההתמרתפורייהשלשניהמסנניםהיא ( f(ω H (ω c +H (ω c M M F f out (x = π e ic x sinmx ] = x H (ω c M על סמך חישובים קודמים והכלל (38, f(x t ( e ict +e ic t sinmt dt t לפיכך,הנוסחה לאות המסונן היא c לביאקרפ 9

5 משוואותאינטגרליות קונבולוציה היא גם מכשיר לפתרון משוואות אינטגרליות f(x te t dt = e x 8 דוגמה 53 פתור את המשוואה האינטגרלית פתרוןנציב ( g(x,ההתמרהשלפונקצייתגאוסנמצאתבטבלה = e x אנורואיםשצדימין זוהי קונבולוציה,לכן על ידי התמרת כל המשוואה ושימוש במשפט הקונבולוציה,נוסחה (5, נקבל f(ω e ω = F ] ] e x 8 (ω = F g (ω = F g](ω = e ω f(ω = π ew e ω = π e 3w לכן = a כעת 3 ω אז a = 3ω לפיכך( x ( f(x,כאשרa = cg a מקייםאתהמשוואה 3 F cg 3 ](ω = c e 3ω = π e 3ω c = 3π ו 6 נוסחת פלנשראל נוסחה זו היא האנלוגיה לנוסחת פרסבל בטורי פורייה נזכיר נוסחה עבור טור מרוכב נתונה פונקציהf רציפהלמקוטעיןבקטע P,P ],אז c n = P n= P P c n = P f(xe inπx P dx P P f(x dx ו c לביאקרפ 0

(6 P P P P P π P,אז לכןאינטואיטיביתכאשר P f(p,ω = P P f(x dx = 4P f(xe ixω dx, n= בדומה ל (3 נגדיר c n = f ( P וזהותפרסבלהיא P, nπ אז P f ( P, nπ P נכפילאתשניהאגפיםב P ואתצדימיןנכפילונחלקב f(x dx = n= f ( P, nπ P P צדימיןזהמעייןסכוםרימןשלהאינטגרלdω f(ω נקבללפיכך,כאשר P שואףלאינסוףנקבלאתהזהות: f(x dx = f(ω dω שנקראת נוסחת פלנשראל נסכם זאת במשפט הבא: (6,אז משפט 6 (נוסחתפלנשראל( Plancherel נניחכי( G(R fו < dx f(x f(ω dω = f(x dx הוכחהנוכיחאתהזהותבתנאינוסףש( G(R f אזניתןלהראותבאמצעותאינטגרציה בחלקיםש C(+ ω f(ω נגדיר( f( x f (x = (שמולבשאםf ממשית,אז( f( x f,אז (x = f (ω = f( xe ixω dx = {x= t} f(te itω dt = f(ω כעתנציב( x ( h(x = (f f לפימשפטהקונבולוציה f(ω ĥ(ω = f(ω f(ω = לכן ומכאן שהיא אנטגרבילית בהחלט כעת, לפי המשפט על ההתמרה f(ω dω = ĥ(ω dω = h(0 = f ( xf(xdx = ĥ(ω C( + ω ההפוכה, f(x dx c לביאקרפ

באמצעות נוסחת פלנשראל ניתן לחשב אינטגרלים מסוימים נציג דוגמה אחת דוגמה 6 חשב את האינטגרלים הבאים: sin א dx x sin 4 ב dx x 4 פתרון ראשית נציין שקל להראות שהאינטגרלים מתכנסים בהחלט הקושי בחישוב האינטגרל הוא שלפונקציות האלו אין פונקציה קדומה שניתן לחשבה באמצעות פונקציות אלמנטריות = Ĥ(ω אזלפינוסחתפלנשראל( 6, sinω אאנויודעיםש πω ( sinω dω = πω H (xdx = π dx = π ( sinx dx נחליףאתהתפקידיםביןxלω ונקבלשπ x = sin,נקבלש ω = cosω בעל סמך הזהות הטריגונומטרית sin ω πω = cosω ω = cosω π(ω ( = T (ω השוויוןהאחרוןהואעלסמךהטבלה ותכונתהדמיון( 36 אזלפינוסחתפלנשראל ( sin ω πω dω = ( T dx ( (x = x dx = π 3 0 sin 4 x x 4 dx = π 3 לפיכך c לביאקרפ

7 יישומים 7 משפט הדגימה של שנון למשפטהזהישיישומיםעבורעיבודאותות,כמוכןישלוהיבטיםמתמטייםמענייםהמשמעות שלהמשפטשלשנוןשאםהתדריםשלאותf נמצאיםבקטעc ω,כאשרc קבועחיובי,אז ניתןלשחזראתהאותעלידידגימהשלובנקודותבדידותבאורך π c להלןהניסוחהמתמטי של המשפט משפט 7 תהי( G(R f פונקציהרציפהוכךש 0 = f(ω עבור 0 > c ω,אז > (7 f(x = n= f ( nπ c sin(cx nπ cx nπ nπ c זהכמובן המשמעותשלהזהות( 7 היאשהפונקציה/אותנקבעתבאופןמוחלטבנקודות אינויכוללהתקייםלכלפונקציהלמשל,אםπ c,אזsinπx = f(x = e x מקיימתש 0 = f(n לכלn שלם,אבל 0 f לפיהטבלה ונוסחתהמודולוציה( 3, f(ω = ( i +(ω +(ω + ואנורואיםשהתנאישלהמשפט 0 = f(ω עבורπ ω > אינומתקיים הוכחתהמשפטהיא שילובשלהתמרתוטוריפורייהואנולאנוכיחאותהכאןאלאמפניםאתהקוראלספרות אחד היישומים הנפוצים של משפט זה הוא תקליטורי CD מכיוון שטווח השמיעה של האוזן האנושיתאינועולהעל 0KHz,אזניתןלבצעסינוןנמוךתדרלאותותמבלילפגועבאיכות הצליל לפיכך האותות נשמרות רק בנקודות בדידות במקום ברצף זה מאפשר ל CD להכיל כמות מאוד גדולה של אותות 7 משוואותהחוםעלהישרהממשי נשתמש כעת ב לפתרון בעיית התחלה (7 { ut u xx = 0, x R,t > 0 u(x,0 = f(x, x R, כאשר( G(R f הפתרון( u(x,t מייצגטמפרטורהבגלילאינסופיבחתךבנקודהx וזמןt הרעיון לפתרון הוא לעשות רק במשתנה x,כלומר,נציב Û(ω,t = F x u(x,t](ω = u(x,te ixω dx c לביאקרפ 3

F x u t ](ω = u t (x,te ixω dx = t מכיווןשההתמרההיאבמשתנהx בלבד,אז u(x,te ixω dx = tû(ω,t ואילו בגזירה לפי x ניתן להשתמש בנוסחה (3: F x u xx ](ω = ω F x u](ω לפיכך קיבלנו משוואה דיפרנציאלית רגילה עבור של הפתרון: (73 { tû +ω Û = 0 Û(ω,0 = Fu(x,0](ω = Ff](ω = f(ω C = Û(ω,0 = ( Û(ω,t,כאשר( f(ω = Ce ω t זוהימשוואהלינאריתבמשתנהt שפתרונהידוע: Û(ω,t = f(ωe ω t ולכןעלסמךמשפטהקונבולוציה,משפט 5,הפתרוןניתןעלידי לפיכך, u(x,t = (S(y,t f(x, לפי הנוסחה (35 להתמרה של e ω t כאשר S(x,t זוהי הפוכה של c ו = a = ( S(x,t,כאשרt = ולפינוסחתהדמיון( cg(ax,(36 g(x = e x הפונקציה a זהנותןש S(x,t = 4πt e x 4t אזהפתרוןלבעייתהתחלהשלמשוואתהחוםניתןעלידי u(x,t = (S(y,t f(x = 4πt e (x y 4t f(ydy הפונקציה (t S(x, נקראת גרעין גאוס או גרעין החום והיא גם התפלגות נורמלית עם תוחלת אפסושונות t לכןלפתרוןשלמשוואתהחוםישגםמשמעותהסתברותית לדוגמה,אםניקחאתתנאיההתחלה = H(x f(x = עבור x ובשארהנקודותאפס, אז הפתרון u(x,t = 4πt e (x y 4t dy = π +x 4t e +x 4t z dz לפיכך הפתרון חיובי לכל > 0 t ואפילו אם x רחוק מאוד ממקור החום ההתחלתי בקטע, ] תופעהזוממחישהאתאחדההבדליםהמהותייםביןמשוואותהגלוהחום, לעומת המקרה הזה במשוואת הגל מהירות ההתפשטות היא סופית c לביאקרפ 4

8 נספח: חישובהאינטגרלdx e x למרותשלאניתןלחשבאתהפונקציההקדומהשל e x בצורהאלמנטרית,ניתןלחשבאת האינטגרל שלה בקטע (, I = = = I כעת נעבור לאינטגרל כפול ולקואורדינטות קוטביות: = 0 e x dx e x +y dxdy ρe ρ dρ = e y dy = x = ρcosθ y = ρsinθ dxdy = ρdθdρ ( e ρ 0 = = e x e y dxdy 0 0 ρe ρ dθ dρ נציבdx e x ומכאן I = רשימת מקורות ] GB Folland, Fourier analysis and its apllications, Wadsworth & Brooks, Pacific Grove, California, 99 ] A Vretblad, Fourier analysis and its applications, Springer, New York, 003 3 ]אפינקוס סזעפרני,טורי פוריה והתמרות אינטגרליות,הטכניון,הפקולטה למתמטיקה, חיפה, 995 c לביאקרפ 5