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Sei \( f=\chi_{[-1,1]} \) die charakteristische Funktion des Intervalls \( [-1,1] \).

(b) Berechnen Sie mit Hilfe des Satzes von Plancherel das Integral

\( \int \limits_{-\infty}^{\infty}\left(\frac{\sin x}{x}\right)^{2} \mathrm{~d} x \)


Das ist kein schwieriges Integral. Mit dem normalen Weg kommt man ganz leicht auf die Lösung PI

Hier ist die Lösung mit Plancherel und ich verstehe nicht wie man auf die rotmarkierte Zeile kommt?

9.1.b - Kopie.jpg

Ich habe alle möglichen Wege probiert aber ich komme von dem Integral eine Zeile drüber nicht auf diese Lösung.

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Der Satz von Planchrerel besagt, dass folgendes gilt

$$ \sqrt{2 \pi} \cdot \| f \| = \| \hat f \|  $$ gilt. Wobei die Norm so definiert ist $$  \| f \|^2 = \int_{-\infty}^\infty f(x) \overline {f(x)} dx $$

Mit \( f(x) = \frac{\sin(x)}{x} \) muss also folgendes berechnet werden

$$ (1) \quad \int_{-\infty}^\infty [f(x)]^2 dx = \frac{1}{2 \pi} \int_{-\infty}^\infty [\hat f(\omega)]^2 d\omega  $$

Da gilt \( \hat f(\omega) = \pi \cdot \text{rect}(\omega) \), wobei \( \text{rect}(\omega) \) die Rechtecksfunktion ist, berechnet sich die rechte Seite von (1) zu

$$ \frac{\pi^2}{2 \pi} \int_{-\infty}^\infty \text{rect}(\omega) d\omega =  \frac{\pi^2}{2 \pi} \int_{-1}^1 d\omega = \pi $$

Alos gilt

$$ \int_{-\infty}^\infty \left(\frac{\sin(x)}{x}\right)^2 dx = \pi $$

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danke für deine Antwort.

ist PI eine standard Fouriertransformierte für $$f(x) = \frac{\sin(x)}{x}$$ 

gibt es kein Rechenweg dazu? oder muss ich das auswendig lernen? 

sin(x)/x = π*X[hier intervalgrenzen]?... gibt es auch sowas für cos usw.? 

habe rect (w) auch nicht ganz verstanden... ist das ein integral von 1 in diesem interval?

es gibt ja auch was mit ... sin(x) = 1/2i (e^{ix} - e^{-ix})... muss man vielleicht damit etwas machen, um die rote Zeile auf dem Bild oben zubekommen?

mfg

Die Fouriertransformierte von \( \frac{\sin(x)}{x} \) ist \( \pi \cdot \text{rect}(\omega) \)

Entweder man schaut in Tabellenwerken nach oder berechnet es. Janachdem was in der Klausur erlaubt ist.

Ja, es gibt auch eine Fouriertransformierte für \( \frac{\cos(x)}{x} \)

Die Rechteckfunktin ist \( \text{rect}(\omega) = \Theta(\omega+1) - \Theta(\omega-1) \) wobei \( \Theta(\omega) \) die Heaviside Sprungfunktion ist.

Grafisch sieht sie so aus

rect.JPG

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