DM: Transformée de Fourier


  • D

    Bonjour ! J'espère que vous allez bien. J'ai un exercice que j'ai du mal à trouver une solution.
    Exercice
    Donne la transformée de Fourier de la fonction f (t) définie par
    f(t)={ T+t -T<=t<0 } , f(t)={ T-t 0<=t<T } et f(t)={0 otherwise.}
    J'ai besoin de votre aide SVP.


  • N
    Modérateurs

    @Donassi-soungari-Soro Bonjour,

    Soit la fonction définie par :
    f(t)={T+t si −T≤t<0T−t si 0≤t<T0 sinonf(t) =\begin{cases}T + t \ \text{si } -T \leq t \lt 0 \cr T - t \ \text{si } 0 \leq t \lt T \cr 0 \ \text{sinon}\end{cases}f(t)=⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧​T+t si −T≤t<0T−t si 0≤t<T0 sinon​
    Tu utilises la définition de la transformée de Fourier :

    Ff(t)=F(ω)=∫−∞∞f(t)e−iωtdt\mathcal{F}{f(t)} = F(\omega) = \int_{-\infty}^{\infty} f(t) e^{-i \omega t} dtFf(t)=F(ω)=∫−∞∞​f(t)e−iωtdt

    Étant donné la définition de f(t)f(t)f(t), tu restreins l'intégrale aux intervalles où f(t)f(t)f(t) est non nul :
    soit
    F(ω)=∫−T0(T+t)e−iωtdt+∫0T(T−t)e−iωtdtF(\omega) = \int_{-T}^{0} (T + t) e^{-i \omega t} dt + \int_{0}^{T} (T - t) e^{-i \omega t} dtF(ω)=∫−T0​(T+t)e−iωtdt+∫0T​(T−t)e−iωtdt

    Calcul des intégrales :
    I1=∫−T0(T+t)e−iωtdtI_1 = \int_{-T}^{0} (T + t) e^{-i \omega t} dtI1​=∫−T0​(T+t)e−iωtdt

    Tu fais une intégration par parties.
    Tu poses : u=T+tu = T + tu=T+t et dv=e−iωtdtdv = e^{-i \omega t} dtdv=e−iωtdt.
    du=dtetv=e−iωt−iω=−1iωe−iωtdu = dt \quad \text{et} \quad v = \dfrac{e^{-i \omega t}}{-i \omega} = -\dfrac{1}{i \omega} e^{-i \omega t}du=dtetv=−iωe−iωt​=−iω1​e−iωt

    I1=[(T+t)(−1iωe−iωt)]−T0+1iω∫−T0e−iωtdtI_1 = \left[ (T + t) \left(-\frac{1}{i \omega} e^{-i \omega t}\right) \right]_{-T}^{0} + \frac{1}{i \omega} \int _ {-T}^{0} e^{-i \omega t} dtI1​=[(T+t)(−iω1​e−iωt)]−T0​+iω1​∫−T0​e−iωtdt
    avec
    [(T+0)(−1iωe0)−(T−T)(−1iωeiωT)]=−Tiω+0=−Tiω\left[ (T + 0) \left(-\frac{1}{i \omega} e^{0}\right) - (T - T) \left(-\frac{1}{i \omega} e^{i \omega T}\right) \right]= -\frac{T}{i \omega} + 0 = -\frac{T}{i \omega}[(T+0)(−iω1​e0)−(T−T)(−iω1​eiωT)]=−iωT​+0=−iωT​

    ∫−T0e−iωtdt=[−1iωe−iωt]−T0=−1iω(1−eiωT)\int_{-T}^{0} e^{-i \omega t} dt = \left[ -\frac{1}{i \omega} e^{-i \omega t} \right]_{-T}^{0} = -\frac{1}{i \omega} (1 - e^{i \omega T})∫−T0​e−iωtdt=[−iω1​e−iωt]−T0​=−iω1​(1−eiωT)
    Donc :
    I1=−Tiω+1iω(−1iω(1−eiωT))=−Tiω−1(iω)2(1−eiωT)I_1 = -\frac{T}{i \omega} + \frac{1}{i \omega} \left(-\frac{1}{i \omega} (1 - e^{i \omega T})\right)= -\frac{T}{i \omega} - \frac{1}{(i \omega)^2} (1 - e^{i \omega T})I1​=−iωT​+iω1​(−iω1​(1−eiωT))=−iωT​−(iω)21​(1−eiωT)

    I2=∫0T(T−t)e−iωtdtI_2 = \int_{0}^{T} (T - t) e^{-i \omega t} dtI2​=∫0T​(T−t)e−iωtdt

    Intégration par parties
    u=T−tu = T - tu=T−t et dv=e−iωtdtdv = e^{-i \omega t} dtdv=e−iωtdt.
    du=−dtetv=−1iωe−iωtdu = -dt \quad \text{et} \quad v = -\frac{1}{i \omega} e^{-i \omega t}du=−dtetv=−iω1​e−iωt

    I2=[(T−t)(−1iωe−iωt)]0T+1iω∫0Te−iωtdtI_2 = \left[ (T - t) \left(-\frac{1}{i \omega} e^{-i \omega t}\right) \right]_{0}^{T} + \frac{1}{i \omega} \int _{0}^{T} e^{-i \omega t} dtI2​=[(T−t)(−iω1​e−iωt)]0T​+iω1​∫0T​e−iωtdt

    Calcul similaire au précédent,

    I2=Tiω+1iω(−1iω(e−iωT−1))=Tiω−1(iω)2(e−iωT−1)I_2 = \frac{T}{i \omega} + \frac{1}{i \omega} \left(-\frac{1}{i \omega} (e^{-i \omega T} - 1)\right) = \frac{T}{i \omega} - \frac{1}{(i \omega)^2} (e^{-i \omega T} - 1)I2​=iωT​+iω1​(−iω1​(e−iωT−1))=iωT​−(iω)21​(e−iωT−1)

    Bilan : F(ω)=I1+I2F(\omega) = I_1 + I_2F(ω)=I1​+I2​
    F(ω)=(−Tiω−1(iω)2(1−eiωT))+(Tiω−1(iω)2(e−iωT−1))F(\omega) = \left(-\frac{T}{i \omega} - \frac{1}{(i \omega)^2} (1 - e^{i \omega T})\right) + \left(\frac{T}{i \omega} - \frac{1}{(i \omega)^2} (e^{-i \omega T} - 1)\right)F(ω)=(−iωT​−(iω)21​(1−eiωT))+(iωT​−(iω)21​(e−iωT−1))

    F(ω)=−1(iω)2(1−eiωT)−1(iω)2(e−iωT−1)F(\omega) = -\frac{1}{(i \omega)^2} (1 - e^{i \omega T}) - \frac{1}{(i \omega)^2} (e^{-i \omega T} - 1)F(ω)=−(iω)21​(1−eiωT)−(iω)21​(e−iωT−1)

    F(ω)=−1(iω)2(1−eiωT+1−e−iωT)F(\omega) = -\frac{1}{(i \omega)^2} \left(1 - e^{i \omega T} + 1 - e^{-i \omega T}\right)F(ω)=−(iω)21​(1−eiωT+1−e−iωT)

    F(ω)=−2(iω)2(1−cos⁡(ωT))F(\omega)= -\frac{2}{(i \omega)^2} (1 - \cos(\omega T))F(ω)=−(iω)22​(1−cos(ωT))

    Tu peux utiliser la relation 1−cos⁡(ωT)=2sin⁡2(ωT2)1 - \cos(\omega T) = 2 \sin^2\left(\frac{\omega T}{2}\right)1−cos(ωT)=2sin2(2ωT​):

    F(ω)=−2⋅2sin⁡2(ωT2)(iω)2=4sin⁡2(ωT2)ω2F(\omega) = -\dfrac{2 \cdot 2 \sin^2\left(\frac{\omega T}{2}\right)}{(i \omega)^2} = \dfrac{4 \sin^2\left(\frac{\omega T}{2}\right)}{\omega^2}F(ω)=−(iω)22⋅2sin2(2ωT​)​=ω24sin2(2ωT​)​

    Calculs à vérifier et à comprendre.


  • D

    @Noemi merci infiniment monsieur