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函数的傅里叶变换存在条件及其物理意义

时间:2023-10-04 理论教育 版权反馈
【摘要】:函数f(x,y)要能进行傅里叶变换,必须满足一定的条件,否则定义式和式在通常的数学意义下不一定存在。因此,至少应该简略地讨论一下傅里叶变换的存在条件。可以说,物理上的可能就是傅里叶变换存在的有力的充分条件。

函数的傅里叶变换存在条件及其物理意义

函数f(x,y)要能进行傅里叶变换,必须满足一定的条件,否则定义式(1.5.1)和式(1.5.2)在通常的数学意义下不一定存在。因此,至少应该简略地讨论一下傅里叶变换的存在条件。函数f(x,y)存在傅里叶变换的充分条件通常有下列几条。

(1)函数f(x,y)必须在整个无限xOy平面绝对可积,即

(2)函数f(x,y)必须在xOy平面上的每一个有限区域内局部连续,即仅存在有限个不连续点和有限个极大和极小点。

(3)函数f(x,y)必须没有无穷大间断点

上述存在条件是从数学的角度提出的,本书不准备也没有必要去严格证明它,这里只简单说明以下两点:(www.xing528.com)

①若函数f(x,y)存在间断点,则假定在该点附近函数值有限,且其左、右极限存在,分别记为f(x-0,y-0)和f(x+0,y+0),并令

②应用傅里叶变换的各个领域的大量事实证明,作为空间函数而实际存在的物理量,总具备保证其傅里叶变换存在的基本条件。可以说,物理上的可能就是傅里叶变换存在的有力的充分条件。

但是,在分析光学系统时,为了描述方便,又往往用一些理想化的数学函数来表示实际的物理图像,而对于这些有用的函数,上述3个存在条件中的某一个或多个可能都不成立。例如δ函数,它有一个无穷大间断点,因而不满足存在条件(3);又如符号函数、正弦函数、余弦函数和阶跃函数,它们都不满足存在条件(1)。因而上述这些函数都不存在普通的傅里叶变换。为了能用傅里叶分析方法来讨论大量有用的函数,并用它们来描述实际的物理图像,就必须对前述的傅里叶变换定义做一些推广。

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