Де недолік у цій деривації DTFT одиничної послідовності кроків


11

Це питання пов'язане з цим моїм іншим питанням, де я запитую похідні дискретного перетворення Фур'є (DTFT) послідовності одиничних ступенів u[n] . Під час мого пошуку деривацій я знайшов той, який надзвичайно простий. Я вперше побачив це на сторінці 138 цієї книги Б. А. Шеной. У цій відповіді я також натрапив на математику.SE .

Оскільки аргумент короткий і простий, для зручності його повторю тут.

Послідовність одиниць кроків може бути записана у

(1)u[n]=f[n]+12
з
(2)f[n]={12,n012,n<0
Очевидно, що
(3)f[n]f[n1]=δ[n]
Застосування DTFT з обох сторін(3)дає
(4)F(ω)(1ejω)=1
деF(ω)- DTFT зf[n]. З(4)отримуємо
(5)F(ω)=11ejω
З(5)і(1)отримуємо для DTFTu[n]
(6)U(ω)=F(ω)+πδ(ω)=11ejω+πδ(ω),πω<π
де я використовувавDTFT{1}=2πδ(ω),πω<π.

Eq (6) для DTFT з u[n] немає сумнівів в тому, правильно. Однак деривація є хибною.

Питання полягає в тому, щоб знайти та пояснити недолік у вищенаведеному виведенні.

Будь ласка, додайте свою відповідь до тегу спойлера >!.


1
мене турбує те, що - це сигнал кінцевої потужності , а не сигнал кінцевої енергії , який ми отримуємо, коли додаємо ці два нескінченні енергетичні сигнали разом. f[n]
Роберт Брістоу-Джонсон

також, чи не ?
DTFT{x[n]=1}=2πk=+δ(ω2kπ)
Роберт Брістоу-Джонсон

Дякую хлопцям за відповіді! Я схвалив їх усіх, і кожен з них веде до приємного обговорення не настільки відомих аспектів DTFT дивних сигналів (тобто тих, що не в або 2 ). Я можу прийняти лише одну, і я ще трохи зачекаю нових відповідей або змін існуючих відповідей. Я також додам свою відповідь пізніше. 12
Метт Л.

1
Метт, , очевидно, не є кінцевою енергією. нескінченна кількість зразків, квадрат яких дорівнює 1f[n] не додайте до кінцевого числа. 14
Роберт Брістоу-Джонсон

1
@ robertbristow-johnson: Що вас турбує з цього приводу? Якщо сигнали скасовують один одного скрізь, за винятком кінцевої кількості балів, то це ми отримуємо.
Метт Л.

Відповіді:


7

Існує нескінченно багато сигналів, завдяки яким виконується така рівність:

y[n]y[n1]=δ[n](1)
Єдине, що важливо, це те, щоy[0]y[1]=1 , а потім решта коефіцієнтівy можна визначити за обмеженням, що рівняння. (1) стани (тобто віднімання послідовних зразків повинно бути0 дляn0 ). Іншими словами, рівняння (1) буде досягнуто будь-яким сигналомy[n] таким, що
y[0]=y[1]+1y[n]=y[n1] n0
Інший спосіб побачити цетомущо будь-яка функціяяка єосновномуu[n] зі зміщенням (з постійною доданою вартістю) буде задовольняти(1) . Це пояснює твердження, зробленеРобертом Брісто-Джонсоном у своїй відповіді: диференціатори руйнують цю інформацію (наприклад, беручи похідну в безперервний час, знищує докази будь-якої постійної величини в початковій функції).

Підводячи підсумок, я вважаю, що доведення є хибним, тому що слідуюча процедура може використовувати будь-яку функцію форми u[n]+C з CR , і це призведе до того, що багато функцій мають те саме перетворення Фур'є, що насправді неправильно оскільки перетворення Фур'є є бієкцією. Можливо, автор навмисно вирішив ігнорувати все, що стосується значень постійного струму, усвідомлюючи це, щоб показати, що F(ω) - DTFT з f[n]йому знадобиться властивість накопичення (найпопулярніший доказ якого походить з DTFT одиничного кроку - ерго, досить круговий доказ). Доведення не є суто помилковим , оскільки все, про що йдеться (формули для F(ω) та U(ω) , декомпозиція одиничного кроку, різницеве ​​рівняння), є істинним, але воно потребує властивості накопичення, щоб показати, чому F(ω) не має жодної дельти Дірака.


Ви абсолютно на правильному шляху! Чи маєте ви уявлення, як цей недолік можна було б вирішити, тобто як це зробити правильно?
Метт Л.

@MattL. Встановлення початкової умови для дозволило б зробити фокус і визначити сигнал однозначно. Ця початкова умова визначала б значення постійного струму сигналу y [ n ] , яке з'являється в DTFT як постійне множення імпульсу Дірака (відповідно до властивості накопичення). Я думаю, що в даному доказі це працює, тому що сигнал f [ n ] не має значення постійного струму, оскільки він симетричний близько 0 , і тому DTFT є правильним саме в цьому випадку. Але я вважаю, що в сигналі немає постійного струму, оскільки це є основним. y[n]y[n]f[n]0
Тендеро

Є багато хороших відповідей, і важко вибрати, яку з них прийняти. Але це найбільше оцінили громаду, і також я вважаю, що це найяскравіше вказує на помилку у виведенні. Дякую вам всім!
Метт Л.

4

Мене вразила кількість отриманих відповідей (10 відповідей поки!). Звичайно, усі вони отримали мою позицію. Це було весело, дякую, хлопці, за ваші думки, коментарі тощо. Я знаю, що на сьогоднішній день більшість із вас знає, у чому вада, принаймні така, яку я мав на увазі. Люди висловлюють речі по-різному, і завжди є простір для непорозумінь, тому я спробую чітко сформулювати те, що, на мою думку, є найважливішим недоліком у цій деривації. Я усвідомлюю той факт, що не всі погодиться, і це добре. Я щасливий, що можу обговорити подібні езотеричні теми DSP з такими гострими думками, як ви! Ось і ми.

Перше моє твердження полягає в тому, що кожне рівняння в моєму питанні є правильним. Однак виведення та мотивація деяких із них є абсолютно неправильним та оманливим, і це "виведення" може існувати лише тому, що автор знав, як повинен виглядати результат.

Eq (3) у запитанні ( ) правильна для заданої послідовності f [ n ] (урівень ( 2 ) у питанні), але це також очевидно правильна для всіх послідовностей виду f [ n ] = u [ n ] + c з деякою довільною постійною c . Отже, згідно деривації, отриманий DTFT F (f[n]f[n1]=δ[n]f[n](2)

(1)f[n]=u[n]+c
c має бути DTFT всіх послідовностей форми ( 1 ) , незалежно від значення константи c . Це, звичайно, не має сенсу, оскільки DTFT унікальний. Зокрема, використовуючи той самий "доказ", я міг би "показати", що F ( ω ), як зазначено у рівнянні. ( 5 ) мого запитання (або рівняння ( 3 ) нижче) - це фактично DTFT у [ n ], який ми шукаємо. То чому б не турбуватися розщеплення u [ n ], як у рівнянні. ( 1 ) питання?F(ω)(1)cF(ω)(5)(3)u[n]u[n](1)

Однак вірно, що DTFT всіх послідовностей задовольняють рівню. ( 4 ) у питанні (повторене тут для зручності): F ( ω ) ( 1 - e - j ω ) = 1 Але тепер випливає власне математичний недолік: З рівняння. ( 2 ) неправильно робити висновок F ( ω ) = 1(1)(4)

(2)F(ω)(1ejω)=1
(2) Eq. (3)- це лише одне з нескінченно багатьох можливих рішень(2), і, як правило, трапляється той, який потрібен автору для досягнення правильного кінцевого результату. Eq (3)- DTFT зf[n]в(1)зc=-1
(3)F(ω)=11ejω
(3)(2)(3)f[n](1) , але з даної деривації це неможливо знати.c=12

Так як ми можемо уникнути , що математична помилка і використання , щоб вивести DTFTs з через л л послідовностей ( 1 ) , з будь-якої постійної з ? Правильний висновок з ( 2 ) - F ( ω ) = 1(2)all(1)c(2)з деякою ще невизначеною постійноюα. Підключення(4)до лівої частини(2)дає1+α(1-e-jω)δ(ω)=1+α(1-e-jω)| ω=0

(4)F(ω)=11ejω+αδ(ω)
α(4)(2) Отже, всі функції F ( ω ), задані ( 4 ), задовольняють ( 2 ) , як потрібно.
1+α(1ejω)δ(ω)=1+α(1ejω)|ω=0δ(ω)=1+0δ(ω)=1
F(ω)(4)(2)

Постійну в ( 4 ) можна визначити зі значення f [ n ] при n = 0 : f [ 0 ] = 1 + c = 1α(4)f[n]n=0 Можна показати, і такожВольфрам Альфа погоджується, що головне значення Коші інтеграла в(6)становитьPV π - π dω

(6)f[0]=1+c=12πππF(ω)dω=12πππdω1ejω+α2π
(6)З(6)і(7)отримаємоα=π(1+2c)Отже приc=-1
(7)PVππdω1ejω=π
(6)(7)
(8)α=π(1+2c)
отримуємоα=0(що відповідає вихідній послідовностіf[n],як використано автором доказування), а дляc=0(тобто дляf[n]=u[n]) маємоα=π, що, нарешті, дає нам бажаний DTFT зu[n]: U ( ω ) = 1c=12α=0f[n]c=0f[n]=u[n]α=πu[n]
(9)U(ω)=11ejω+πδ(ω)


F(ω)F(ω)

(4)(2)ω=0ω=0(1ejω)(1ejω)

Я не дуже впевнений, що не може бути жодної функції, окрім дельта-імпульсу Дірака (та її похідних), яка має цю властивість. Але це нормально, ваша відповідь добре написана. Я підтримую. Дякую.
AlexTP

2

Недолік слідує за словом "Очевидно", якщо це повинно бути функцією "Дірака Дельта".

Ось проект відповіді на ваше інше питання, яке я ніколи не публікував:

-------------------------------------------------- -------------

Я не думаю, що доказ можливий. Це може бути випадок "функціонального визначення", що має бажані властивості.

X2π(ω)=n=+x[n]ejωn
U=n=0+ejωn
U=limNn=0N1ejωn
U=limN[1ejωN1ejω]
U=11ejωlimN[ejωN1ejω]
ω=0πω0

Доведення визначення працює бажаним чином - інша справа.

Сторінка 138 підтверджує неправильність (принаймні), оскільки:

δ(t)=lima012a[u(t+a)u(ta)]=dudt
δ(n)=u2(n)u2(n1)

Цікава ситуація, сподіваюся, це допомагає. Я з нетерпінням чекаю того, що ти маєш сказати.

Сед


δ[n]n=01

U=11ejωlimN[ejωN1ejω]

2

1=2

F(ω)(1ejω)=1
ω=2kπ for kZ

3
u[n]u[n]12

w2πk

δ[n] ωω=2kπ

δ[n]1ejwF(w)

f[n]f[n1]=δ[n]
u[n]

2

limNn=Nn=Nf[n]ejωn(1ejωn)+(ejωNf[N]+ejωNf[N])ejω=1
f[n]=u[n]
limNn=Nn=Nf[n]ejωn(1ejωn)+ejωNejω=1

F(ω)ω2kπk

F(ω)ω=2kπn=1sin(ωn)ωω=2kπU(ω)

F(ω)

u[n]

1
u[n]f[n]u[n]u[n1]=δ[n]

2

Я думаю, що я з'ясував найкращий спосіб висловити недолік у цьому доказі. Так що я збираюся дати йому ще один удар.

12x

U(ω)=11ejω+2πxδ(ω)

x12

Крім того, якщо ви зробите крок, який я зробив у своїй останній відповіді, і знаходка (4) виражається як

F(ω)(1ejω)=1+2πx(1ejω)δ(ω)

Далі додаючи його до (5) та (6), ви отримуєте:

U(ω)=11ejω+4πxδ(ω)

Що, як я вже зазначав, суперечить визначенню туди потрапити.

x=12πδ(ω)

x=12

Сед


1

Це у відповідь на коментарі моєї першої відповіді. Через маскування спойлера я публікую це як окрему відповідь.

Я збирався розмістити свою іншу відповідь на інше питання, але цього не зробив через відсутність досвіду в цій галузі. Я розмістив його вчора, видалив, потім відмінив, потім зрозумів, як використовувати теги спойлера.

δδδp

δp[n]=f[n]f[n1]=u[n]u[n1]

Беручи DTFT лівої та правої частин. Я не впевнений, що я правильно позначив, але математика повинна бути зрозумілою. Використовуючи визначення, яке доводиться.

Fp(ω)=Fu(ω)Fu(ω)ejω

Fp(ω)=[11ejω+πδ(ω)][ejω1ejω+(πejω)δ(ω)]

Fp(ω)=1ejω1ejω+π(1ejω)δ(ω)

Fp(ω)=1+π(1ejω)δ(ω)1

ω=2kπω=2kπ

Сед

===============================

Слідувати:

δp


Fp(ω)=1(1ejω)δ(ω)f(ω)ω=0f(ω)δ(ω)=f(0)δ(ω)f(0)=0

1

(a[n]b[n])cω[n]=a[n]cω[n]b[n]cω[n]
12f[n]f[n1]

1

так Метт,

f[n]

f[n]{ 12eαnn012eαnn<0

α>0

тепер у нас є кінцеві енергетичні сигнали, і DTFT повинні бути порівнянними.

f[n]f[n1]={12(eαneα(n1))n>012(1+eα)n=012(eαneα(n1))n<0={12(1eα)eαnn>012(1+eα)n=012(eα1)eαnn<0

α0

але, на жаль, це вже майже 2 години ранку, і я зараз не буду цим займатися.


αα0
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.