コンボリューションの性質
📂フーリエ解析コンボリューションの性質
정리
畳み込みは次の性質を満たす。
(a) 交換法則
f∗g=g∗f
(b) 分配法則
f∗(g+h)=f∗g+f∗h
(c) 結合法則
f∗(g∗h)=(f∗g)∗h
(d) スカラー乗の結合法則
a(f∗g)=(af∗g)=(f∗ag)
(e) 微分
(f∗g)′=f′∗g=f∗g′
(f) 複素共役
f∗g=f∗g
(g) ディラックのデルタ関数
f∗δ=f
証明
(a)
f∗g(x)=∫−∞∞f(y)g(x−y)dy=∫∞−∞f(x−z)g(z)(−dz)=∫−∞∞f(x−z)g(z)dz=∫−∞∞g(z)f(x−z)dz=g∗f(x)
2番目の等号でx−y=zに置き換えた。
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(b)
f∗(g+h)(x)=∫f(y)(g+h)(x−y)dy=∫f(y)(g(x−y)+h(x−y))dy=∫f(y)g(x−y)dy+∫f(y)h(x−y)dy=f∗g(x)+f∗h(x)
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(c)
f∗(g∗h)(x)=∫yf(y)g∗h(x−y)dy=∫yf(y)h∗g(x−y)dy=∫yf(y)∫zh(z)g(x−y−z)dzdy=∫zh(z)∫yf(y)g(x−z−y)dydz=∫zh(z)f∗g(x−z)dz=h∗(f∗g)(x)=(f∗g)∗h(x)
(d)
a(f∗g)(x)=a∫f(y)g(x−y)dy=∫af(y)g(x−y)dy=af∗g(x)=∫f(y)ag(x−y)dy=f∗ag(x)
\ast \eta
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(e)
(f∗g)′(x)=h→0limhf∗g(x+h)−f∗g(x)=h→0limh∫f(y)g(x+h−y)dy−∫f(y)g(x−y)dy=h→0lim∫f(y)hg(x+h−y)−g(x−y)dy=∫f(y)h→0limhg(x+h−y)−g(x−y)dy=∫f(y)g′(x−y)dy=f∗g′(x)
この時、(a) によって
(f∗g)′(x)=(g∗f)′(x)=g∗f′(x)=f′∗g(x)
であるから、
(f∗g)′(x)=f′∗g(x)=f∗g′(x)
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(f)
f∗g(x)=∫f(y)g(x−y)dy=∫f(y)g(x−y)dy=∫f(y) g(x−y)dy=f∗g(x)
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(g)
f∗δ(x)=∫f(y)δ(x−y)dy=f(x)∫δ(x−y)dy=f(x)
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