傅里叶变换导数定理的证明可以从以下步骤进行:
1. 傅里叶变换的定义:首先,回顾傅里叶变换的定义,即一个函数f(t)的傅里叶变换F(ω)定义为:
\[ F(\omega) = \int_{-\infty}^{\infty} f(t) e^{-i\omega t} dt \]
2. 导数的傅里叶变换:接下来,我们考虑f(t)的导数f'(t)的傅里叶变换。根据傅里叶变换的性质,我们有:
\[ \mathcal{F}\{f'(t)\} = \int_{-\infty}^{\infty} f'(t) e^{-i\omega t} dt \]
3. 分部积分:对上式进行分部积分,设u = f'(t),dv = e^{-iωt}dt,则du = f''(t)dt,v = \frac{1}{-iω}e^{-iωt}。分部积分得:
\[ \int f'(t) e^{-i\omega t} dt = \left[ \frac{f'(t)}{-i\omega} e^{-i\omega t} \right]_{-\infty}^{\infty} - \int \frac{f''(t)}{-i\omega} e^{-i\omega t} dt \]
4. 边界条件:由于f'(t)是f(t)的导数,通常假设f(t)和f'(t)在无穷远处趋于零,因此第一项为零。得到:
\[ \mathcal{F}\{f'(t)\} = \frac{1}{-i\omega} \int_{-\infty}^{\infty} f''(t) e^{-i\omega t} dt \]
5. 傅里叶变换的导数:注意到上式右边正是f''(t)的傅里叶变换乘以\(\frac{1}{-i\omega}\),因此:
\[ \mathcal{F}\{f'(t)\} = \frac{1}{-i\omega} \mathcal{F}\{f''(t)\} \]
6. 结论:最后,根据傅里叶变换的线性性质,我们得到傅里叶变换导数定理:
\[ \mathcal{F}\{f'(t)\} = i\omega \mathcal{F}\{f(t)\} \]
这样,我们就证明了傅里叶变换导数定理。
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