Una buona spiegazione matematica del fenomeno di Gibbs


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Stavo spiegando a qualcuno come funzionano le serie di Fourier nel contesto della costruzione di segnali che non sono ovunque differenziabili, ad esempio onde quadrate, onde a dente di sega, ecc. Quando ho citato il fenomeno Gibbs, però, mi sono reso conto che non ho mai davvero imparato il perché accada. In effetti, come racconta la storia, non tutti si sono nemmeno resi conto che si tratta di una proprietà matematica effettiva di una serie infinita di segnali periodici e non di un colpo di fortuna computazionale, e risulta che la maggior parte delle prove sono abbastanza laboriose ed elaborate.

Dopo averne letto alcuni, ho iniziato a capire perché si potesse verificare un fenomeno del genere, ma ho un background in analisi, topologia reali e complesse e così via. La domanda è: posso spiegare completamente e dimostrare rigorosamente matematicamente il fenomeno di Gibbs a qualcuno con solo i corsi di base per il calcolo degli studenti nel loro arsenale (o qualsiasi altro prerequisito generale per un corso di elaborazione del segnale per gli studenti)? Se è così, allora come?


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IMHO, l'articolo di Wikipedia sul fenomeno Gibbs è in realtà abbastanza ben scritto. È quello che stai cercando o hai bisogno di qualcos'altro? en.wikipedia.org/wiki/Gibbs_phenomenon
Hilmar il

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Ho sempre trovato affascinante questo fenomeno. Uno dei dettagli più sorprendenti rispetto a una serie di Fourier troncata a una lunghezza finita è che quando si aumenta il numero di termini nella somma, le oscillazioni di Gibbs vengono compresse nel tempo, ma l'entità del superamento è costante. Molto tempo fa, mi è stata data una grande spiegazione del perché in un corso di laurea, ma non credo di averlo scritto.
Jason R,

Risposte:


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Il libro "La favolosa formula del Dr. Euler: cura molti problemi matematici", di P. Nahin, Princeton University Press, porta a e contiene una spiegazione dei fenomeni di Gibbs che potrebbero essere adatti a qualcuno con una buona preparazione universitaria a livello universitario.


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Vale a dire: una spiegazione rigorosa adeguata a questo livello non può essere inferiore a uno o più capitoli di lunghezza del libro.
hotpaw2,

Questo libro sembra contenere una spiegazione di cosa sia il fenomeno (Wilbraham-) Gibbs e un'interessante discussione sulla storia della sua scoperta, ma nessuna spiegazione o derivazione. Forse l'ho perso, nel qual caso forse qualcuno può dare una sezione e / o un riferimento al numero di pagina?
Max M

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Puoi sempre dirlo sine cosha una forma curva e hai bisogno di una quantità infinita di frequenze per formare uno spigolo vivo da molte forme curve.

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