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Frequency Analysis#

Continious Discrete
Real Fourier Fourier
Complex Laplace Z-Transform
Properties
Linearity \(\alpha f(t) + \beta g(t)\) \(\ftsymbol\ \alpha F(s) + \beta G(s)\)
Shift Time \(x(t - \tau)\) \(\ftsymbol\ e^{-s \tau} X(x)\)
Shift Frequency \(e^{\tau t}\) \(\ftsymbol\ X(s - \tau)\)
Stauchung \(f(ct)\) \(\ftsymbol\ \frac{1}{\abs{c}} F\bigl(\frac{s}{c}\bigr)\)
Ableitung \(f^{(n)}(t)\) \(\ftsymbol\ s^n F(s)\)
Integral \(\int_{-\infty}^t \tau \diff \tau\) \(\ftsymbol\ \frac{1}{s} X(s)\)
Faltung \((f * g)(t)\) \(\ftsymbol\ F(s) \cdot G(s)\)

Info:

timefunctions \(f,g\), frequency functions \(X,F,G\), complex number \(\cx s\), time \(t\), time shift \(\tau\), constant \(c\)

Example Spectrums
Time \(f(t)\) Frequency \(X(f)\)

Fourierreihe#

Approximation einer periodischen Funktion \(f(t)\) durch Überlagerung gewichteter Sinus und Cosinus einer Grundfrequenz \(\omega_0 = \frac{1}{T}\) und deren Oberschwingungen \(2\omega_0, 3\omega_0, ...\)

Important:

\[F(x) = \sum\limits_{k=-\infty}^\infty c_k e^{\i k \omega_0 x} \qquad c_k = \frac{1}{T} \int\limits_{-\frac{T}{2}}^{\frac{T}{2}} f(x) e^{\i k \omega_0 x} \diff x\]

Fouriertransformation (FT)#

Important:

\[\displaystyle \underset{\text{Zeitbereich}}{ f(t)} \FT \underset{\text{Frequenzspektrum}}{ F(\omega)} := \int\limits_{-\infty}^\infty f(t) \exp(-\i \omega t) \diff t\]

Note:

Es gibt unterschiedliche Normungen (\(1, \frac{1}{\sqrt{2\pi}}\))

Laplaceransformation (LT) \(\cx s = α + ω\i\)#

LT ist Verallgemeinerung der FT mit Dämpfungsfaktor \(α\)

\[\displaystyle \underset{\text{Zeitbereich}}{ f(t)} \LT \underset{\text{Frequenzspektrum}}{ F(\cx s) = \mathcal L\left(f(t)\right)} := \int\limits_{0}^\infty f(t) \exp(- \cx s t) \diff t\]

Z-Transform (ZT)#