Clamfim Lesson 16 Martedì 4 Dicembre 2012 Beta Function. Fourier Transform
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- Annabella Barone
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1 CLAMFIM Clamfm Lesson 16 Martedì 4 Dcembre 212 Beta Functon. Fourer Transform professor Danele Rtell 1/17?
2 Euler Beta Theorem If x, y > : Γ(x) Γ(y) Γ(x + y) = 1 s x 1 (1 s) y 1 ds 2/17?
3 Euler Beta Theorem If x, y > : Γ(x) Γ(y) Γ(x + y) = 1 s x 1 (1 s) y 1 ds Ths dentty can be reformulated ntroducng the Euler Beta functon: n such a way B(x, y) = 1 s x 1 (1 s) y 1 ds Γ(x) Γ(y) B(x, y) = Γ(x + y) 2/17?
4 roof We start from Gamma s defnton Γ(x) = varable puttng t = u 2 so that Γ(x) = 2 u 2x 1 e u2 du t x 1 e t dt then change 3/17?
5 roof We start from Gamma s defnton Γ(x) = varable puttng t = u 2 so that Γ(x) = 2 Smlarly Γ(y) = 2 u 2x 1 e u2 du v 2y 1 e v2 dv t x 1 e t dt then change 3/17?
6 roof We start from Gamma s defnton Γ(x) = varable puttng t = u 2 so that Γ(x) = 2 Smlarly Γ(y) = 2 Now use Fubn s Theorem Γ(x)Γ(y) =4 [,+ ) [,+ ) u 2x 1 e u2 du v 2y 1 e v2 dv t x 1 e t dt then change u 2x 1 v 2y 1 e (u2 +v 2) dudv 3/17?
7 Change to polar coordnate u = ρ cos ϑ v = ρ sn ϑ obtanng 4/17?
8 Change to polar coordnate u = ρ cos ϑ v = ρ sn ϑ obtanng Γ(x)Γ(y) = 4 ( ) ( π/2 ρ 2x+2y 1 e ρ2 dρ cos 2x 1 ϑ sn 2y 1 ϑ dϑ ) 4/17?
9 Change to polar coordnate u = ρ cos ϑ v = ρ sn ϑ obtanng Γ(x)Γ(y) = 4 ( = Γ(x + y) ) ( π/2 ρ 2x+2y 1 e ρ2 dρ π/2 2 cos 2x 1 ϑ sn 2y 1 ϑ dϑ cos 2x 1 ϑ sn 2y 1 ϑ dϑ ) 4/17?
10 To end the proof we have to show that B(x, y) = π/2 2 cos 2x 1 ϑ sn 2y 1 ϑ dϑ 5/17?
11 To end the proof we have to show that B(x, y) = π/2 But comng back to Beta s defnton 2 cos 2x 1 ϑ sn 2y 1 ϑ dϑ B(x, y) = 1 we are done puttng s = cos 2 ϑ s x 1 (1 s) y 1 ds 5/17?
12 Show, usng Gamma and Beta functons, that the Lebesgue measure of A = {(x, y) R 2 x 2/3 + y 2/3 1} s 3 8 π 6/17?
13 Show, usng Gamma and Beta functons, that the Lebesgue measure of A = {(x, y) R 2 x 2/3 + y 2/3 1} s 3 8 π Fgure 1: Asterode 6/17?
14 m(a) =4 1 ( 1 x 2/3 ) 3/2 dx 7/17?
15 m(a) =4 1 ) 3/2 1 (1 x 2/3 dx= 6 u 1/2 (1 u) 3/2 du 7/17?
16 m(a) =4 1 ) 3/2 1 (1 x 2/3 dx= 6 u 1/2 (1 u) 3/2 du= 6B(5/2, 3/2) 7/17?
17 Tonell s Theorem Let A R m measurable and f : A R measurable. Defne S as the R p subset where q-sectons of A have postve measure.e.: S = {x R p l q (A x ) > } Then the equalty holds f(x, y) dxdy = A ( ) f(x, y) dy dx S A x 8/17?
18 Fourer Transform From: The Fourer Transform and ts Applcatons lecture notes of professor Brad Osgood Stanford Unversty Let f a real functon of a real varable. The Fourer Transform (FT) of f s the complex valued functon: Ff(s) := e 2π st f(t)dt 9/17?
19 Fourer Transform From: The Fourer Transform and ts Applcatons lecture notes of professor Brad Osgood Stanford Unversty Let f a real functon of a real varable. The Fourer Transform (FT) of f s the complex valued functon: Ff(s) := There s another notaton n use ˆf(s) = e 2π st f(t)dt e 2π st f(t)dt 9/17?
20 A warnng on defntons Our defnton of the Fourer transform s a standard one, but t s not the only one. The queston s where to put the 2π: n the exponental, as we have done; or perhaps as a factor out front; or perhaps left out completely. There s also a queston of whch s the Fourer transform and whch s the nverse,.e., whch gets the mnus sgn n the exponental. All of the varous conventons are n day-to-day use n the professons. 1/17?
21 Followng the helpful summary provded by T. W. Körner n hs book Fourer Analyss, I wll summarze the many varatons. To be general, let s wrte Ff(s) = 1 A e Bst f(t)dt 11/17?
22 Followng the helpful summary provded by T. W. Körner n hs book Fourer Analyss, I wll summarze the many varatons. To be general, let s wrte Ff(s) = 1 A e Bst f(t)dt The choces that are found n practce are A = 2π B = ±1 A =1 B = ±2π A =1 B = ±1 11/17?
23 Followng the helpful summary provded by T. W. Körner n hs book Fourer Analyss, I wll summarze the many varatons. To be general, let s wrte Ff(s) = 1 A e Bst f(t)dt The choces that are found n practce are A = 2π B = ±1 A =1 B = ±2π A =1 B = ±1 The defnton we ve chosen has A = 1 and B = 2π 11/17?
24 A suffcent condton for the exstence of the ntegral s f L 1 (R). One value s easy to compute, and worth pontng out, namely for s = we have Ff() := f(t)dt 12/17?
25 A suffcent condton for the exstence of the ntegral s f L 1 (R). One value s easy to compute, and worth pontng out, namely for s = we have Ff() := f(t)dt The nverse Fourer transform s defned by: F 1 g(t) := e 2π st g(s)ds 12/17?
26 A suffcent condton for the exstence of the ntegral s f L 1 (R). One value s easy to compute, and worth pontng out, namely for s = we have Ff() := f(t)dt The nverse Fourer transform s defned by: F 1 g(t) := e 2π st g(s)ds The Fourer nverson theorem states that F(F 1 g)=g, F 1 (Ff) =f 12/17?
27 Remann Lebesgue Theorem If f L 1 (R) then lm F(s) = s 13/17?
28 Remann Lebesgue Theorem If f L 1 (R) then lm F(s) = s lancherel Theorem If f L 1 (R) L 2 (R) then ˆf L 2 (R) and f(t) 2 dt = ˆf(s) 2 ds 13/17?
29 Remann Lebesgue Theorem If f L 1 (R) then lm F(s) = s lancherel Theorem If f L 1 (R) L 2 (R) then ˆf L 2 (R) and f(t) 2 dt = Theorem If f, g L 1 (R) then ˆf(s)g(s)ds = ˆf(s) 2 ds f(x)ĝ(x)dx 13/17?
30 Example 1: The trangle functon Consder the trangle functon, defned by Λ(x) = max{1 x, }. Notce that the explct expresson of Λ s then Λ(x) = 1 x x 1 otherwse 14/17?
31 Fgure 2: Graph of trangle functon 15/17?
32 For the Fourer transform we compute (usng the fact that sne functon s odd): FΛ(s) = e 2π st Λ(t)dt 16/17?
33 For the Fourer transform we compute (usng the fact that sne functon s odd): FΛ(s) = e 2π st Λ(t)dt = 1 1 (cos(2πst) sn(2πst)) (1 t )dt 16/17?
34 For the Fourer transform we compute (usng the fact that sne functon s odd): FΛ(s) = e 2π st Λ(t)dt = 1 1 (cos(2πst) sn(2πst)) (1 t )dt FΛ(s) = 1 1 cos(2πst) (1 t ) dt 16/17?
35 For the Fourer transform we compute (usng the fact that sne functon s odd): FΛ(s) = e 2π st Λ(t)dt = 1 1 (cos(2πst) sn(2πst)) (1 t )dt FΛ(s) = 1 1 cos(2πst) (1 t ) dt It s worth notng that ths s a general fact: for each even functon f(t)(= f( t)) the followng relaton holds Ff(s) = cos(2πst)f(t)dt =2 cos(2πst)f(t)dt 16/17?
36 Moreover f f(t)(= f( t)) s and odd functon, we have Ff(s) = sn(2πst)f(t)dt = 2 sn(2πst)f(t)dt 17/17?
37 Moreover f f(t)(= f( t)) s and odd functon, we have Ff(s) = sn(2πst)f(t)dt = 2 Let us go back to the FT of the trangle functon: sn(2πst)f(t)dt snce 1 FΛ(s) =2 cos(2πst) (1 t)dt ( ) sn(2πs) 2πs sn(2πs) + cos(2πs) 1 =2 2πs 4π 2 s 2 t cos Atdt = cos(at) A 2 + t sn(at) A 17/17?
38 Moreover f f(t)(= f( t)) s and odd functon, we have Ff(s) = sn(2πst)f(t)dt = 2 Let us go back to the FT of the trangle functon: snce 1 sn(2πst)f(t)dt FΛ(s) =2 cos(2πst) (1 t)dt ( ) sn(2πs) 2πs sn(2πs) + cos(2πs) 1 =2 2πs 4π 2 s 2 t cos Atdt = cos(at) A 2 + t sn(at) A FΛ(s) = 1 cos(2πs) 2π 2 s 2 Now, smplfyng we get 17/17?
39 Clamfm 212/213: Modell 1 secondo parzale 1 Cognome Nome matrcola { y = cos x 1 y 1. 4 pt Trovare la soluzone y = y(x) del problema d Cauchy 2 y() = { y = y + e x 2. 4 pt Trovare la soluzone y = y(x) del problema d Cauchy y() = y = pt Trovare la soluzone y = y(x) del problema d Cauchy 1+x y + x y() = y 4. 5 pt Trovare la soluzone y = y(x) del problema d Cauchy = y + x 2 y 2 x y(1) = 1 y = y pt Trovare la soluzone y = y(x) del problema d Cauchy x y y(1) = pt Sapendo che y(x) = x è soluzone partcolare dell equazone dfferenzale y (x) = 1 ( ) 1 2x y2 (x) x +1 y(x)+ x +4 2 ( ) determnare la soluzone generale dell equazone ( ) 7. 2 pt Data l equazone dfferenzale per y = y(x) y = 2 x 3 y 3 x 2 ( ) la s trasform n una equazone per η = η(ξ) con l cambo d varabl ξ(x, y) =x, η(x, y) =xy e s rsolva l problema d Cauchy che all equazone ( ) abbna la condzone nzale y(1) = 1/2 8. Data una equazone d Rccat n forma generale y = a(x)+b(x)y + c(x)y 2 (R) n cu s suppone che a, b, c, se B(x) è una prmtva d b(x) e coè B (x) =b(x) s dmostr che l cambo d varabl u(x) =e B(x) y trasforma (R) nell equazone d Rccat rdotta: u = a(x)e B(x) + c(x)e B(x) u 2 Applcare po l cambo d varabl qu ntrodotto per rsolvere l problema d Cauchy { y = xe 2x y + xy 2 y() = L eserczo 8 verrà valutato solo se sano stat rsolt gl altr sette esercz assegnat. 3/11/212
40
41
42
43 66232 Altn Luca 25, Baravell Emanuela 26, Brgh Alberto Calgur Gorga Carlon Carolna Ceccarell Gacomo 29, Cabatt Francesco Colonnese Gusy D Domenco Danla D Grolamo Jonathan Donadel Rccardo 28 Faggol Alessa Fnz Marna Fontana Stefano Furlott Luca Galato Ganluca 27, Gentle Francesco 29,5 Grazos Marco Lall Ganluca Lamuragla Ncola Lazar Valeru Lenz Francesca 29,5 Lus Matta 26, Luna Costanza Manserra Valentna 28, Marcon Alberto 29, Maran Marco 29, Marnell Marangela Marzotto Maro Messna Daro 28,5 Mett Crstan Mnghett Rccardo 27, Nann Matteo 24, aolucc Antono 27,5 entassugla Gann 25, Quc Laura Radovan Stv 26 Rettno Soledana Rnald Francesco 25, Rnald Elena Salarol Claudo Valent Valentna Votekova Anastasa 28
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