Dobre matematyczne wyjaśnienie zjawiska Gibbsa


13

Wyjaśniłem komuś, jak działają szeregi Fouriera w kontekście konstruowania sygnałów, które nie wszędzie są rozróżnialne, np. Fale kwadratowe, fale piłokształtne itp. Kiedy jednak wspomniałem o zjawisku Gibbsa, zdałem sobie sprawę, że tak naprawdę nigdy nie dowiedziałem się, dlaczego tak się dzieje. W rzeczywistości, w miarę upływu czasu, nie wszyscy nawet zdali sobie sprawę, że jest to rzeczywista matematyczna właściwość nieskończonej serii okresowych sygnałów, a nie przypadek obliczeniowy, i okazuje się, że większość dowodów jest dość pracochłonna i skomplikowana.

Po przeczytaniu kilku z nich zacząłem zdawać sobie sprawę, dlaczego takie zjawisko może wystąpić, ale mam doświadczenie w prawdziwej i złożonej analizie, topologii i tak dalej. Pytanie brzmi: czy mogę w pełni wyjaśnić i rygorystycznie udowodnić matematycznie zjawisko Gibbsa komuś, kto ma w swoim arsenale tylko podstawowe kursy rachunków licencjackich (lub inne ogólne warunki wstępne dla kursu przetwarzania sygnałów licencjackich)? Jeśli tak, to jak?


5
IMHO, artykuł Wikipedii na temat zjawiska Gibbsa jest właściwie całkiem dobrze napisany. Czy tego właśnie szukasz, czy potrzebujesz czegoś innego? en.wikipedia.org/wiki/Gibbs_phenomenon
Hilmar

1
Zawsze uważałem to zjawisko za fascynujące. Jednym z bardziej zaskakujących szczegółów w odniesieniu do serii Fouriera skróconej do skończonej długości jest to, że wraz ze wzrostem liczby wyrazów w sumie oscylacje Gibbsa ulegają kompresji w czasie, ale wielkość przekroczenia jest stała. Dawno temu otrzymałem świetne wyjaśnienie, dlaczego na studiach licencjackich, ale nie sądzę, że to spisałem.
Jason R

Odpowiedzi:


5

Książka „Fantastyczna formuła dr Eulera: leczy wiele problemów matematycznych” autorstwa P. Nahina z Princeton University Press prowadzi do wyjaśnienia zjawisk Gibbsa, które mogą być odpowiednie dla osób z dobrym wykształceniem matematycznym na poziomie uniwersyteckim.


1
To znaczy: odpowiednie, rygorystyczne wyjaśnienie na tym poziomie nie może być krótsze niż jeden lub więcej rozdziałów długości książek.
hotpaw2,

Wydaje się, że książki te zawierają wyjaśnienie tego, czym jest zjawisko (Wilbraham-) Gibbs, oraz ciekawą dyskusję na temat historii jego odkrycia, ale bez wyjaśnienia ani wyprowadzenia. Może mi tego brakowało, w takim przypadku może ktoś może podać odniesienie do sekcji i / lub numeru strony?
Max M

1

Zawsze możesz to powiedzieć sini cosma zakrzywiony kształt i potrzebujesz nieskończonej ilości częstotliwości, aby utworzyć ostrą krawędź z wielu zakrzywionych kształtów.

Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.