如何直观地解释复杂的指数?

信息处理 离散信号 傅里叶变换 声音的
2022-02-22 09:49:36

什么是复指数,直观解释?我如何向青少年解释复指数函数?

2个回答

从图形的角度来看,它是一个无限大的弹簧,其相邻线圈之间的距离反映了复指数的频率:

复指数:Heyser 开瓶器

如果您有 1D 时间 x 轴,您可能习惯于沿单个第二个 y 轴维度绘制函数:正弦、余弦等。如果要绘制复杂函数,则需要一个 x 轴和 2 个实部和虚部的 y 轴。您可以将其绘制成 3D 可视化,如上所示,您会看到春天(尽管这里是炎热的夏天)。改变频率会使弹簧膨胀或收缩。它在 DSP 中被称为Heyser 开瓶器Heyser 螺旋

可以在此处找到更多详细信息:

傅立叶变换告诉您,任何线(一个函数)都可以通过缩放和移动弹簧的叠加来再现

之后是什么,为什么。复指数(或 cisoids)的特殊之处在于,如果一个被过滤(使用移动平均),它会保持相同的形状。因此,它们在线性时不变 (LTI) 系统下是不变的。不变向量/函数通常是研究系统或转换的合适方法。此外,由于它们形成正交基,它们形成了分解任意向量的选择基,并研究后者如何受到 LTI 系统的影响。

最后,复指数本身在微分下是不变的((ez)=ez),一个特定的线性和不变运算符),这使得它非常独特,具有有趣的属性。

首先,他们需要了解复数有两个值:实数和虚数。

其次,他们需要了解虚数的指数代表复单位圆上的一个点。这是我的介绍:

假设这意味着代数,它不会超过青少年水平的数学。除了泰勒系列,但这些只是锦上添花。

这就解释了复指数是什么。如果它有一个真实的部分,它就会成为一个因素。

ea+ib=eaeib

指数信号可以定义为:

Ceirt

从那里很容易看出,指数信号只是一个以恒定速度绕圆周运动的点r. 将时间的第三维添加到图表中,它变成了一个紧身的,嗯,一个弹簧,技术上来说是一个螺旋,就像 LD 显示的那样。


这是一个略有不同的版本:

告诉他规则:当您将两个复数相乘时,您将乘以大小并添加角度。

选择两个随机复数,将它们绘制在平面上,将它们相乘,然后绘制乘积。验证规则。

然后说,当您将一个数字与自身相乘时,角度会加倍。如果你把它变成立方体,你就会把它变成三倍,依此类推。也适用于分数和负数。

您可以使用3/5+i4/5举个例子。

然后把它包起来(双关语),如果复数的大小是一,即它位于单位圆上,那么将它的幂次等于乘以它沿圆周的距离。