Análisis de Fourier

noviembre 10, 2020

Las ondas armónicas continuas que hemos estudiado no existen realmente, ya que todos los movimientos ondulatorios están limitados tanto espacial como temporalmente. Utilizando el análisis de Fourier y la transformada de Fourier se pueden describir formas de ondas más complejas como las que producen los instrumentos musicales.

El análisis de Fourier surgió a partir del intento de éste matemático francés por hallar la solución a un problema práctico, la conducción del calor en un anillo de hierro. Demostró que se puede obtener una función discontinua a partir de la suma de funciones continuas. Esta tesis fue defendida por Fourier ante la Academia Francesa, lo que motivó severas objeciones de los matemáticos más importantes de su época como Lagrange, Laplace, etc.

Descripción

A primera vista, parece que el problema de analizar formas de ondas complejas representa una tarea formidable. Sin embargo, si la forma de la onda es periódica, se puede representar con una precisión arbitraria, mediante la superposición de un número suficientemente grande de ondas senoidales que forman una serie armónica.

Toda la función f(t) periódica de periodo P, se puede representar en forma de una suma infinita de funciones armónicas, es decir:

donde el periodo P=2π/ω, y a₀ a₁ ...a_i ... y b₁ b₂ .... b_i .... son los denominados coeficientes de Fourier.

Conocida la función periódica f(t), calculamos los coeficientes a_i y b_i del siguiente modo

Las integrales tienen como límite inferior -P/2 y como límite superior P/2.

En el programa interactivo, transformamos la función periódica de periodo P, en otra función periódica de periodo 2π, mediante un simple cambio de escala en el eje t. Escribiendo x=ω t, tendremos el periodo P de t convertido en el periodo 2π de x, y la función f(t) convertida en