信号与系统-2-卷积的运算性质

卷积代数

卷积代数的运算性质与代数运算类似

  • 交换律:两函数在卷积积分中的次序可交换 f 1 ( t ) ∗ f 2 ( t ) = f 2 ( t ) ∗ f 1 ( t ) f_1(t)*f_2(t)=f_2(t)*f_1(t) f1​(t)∗f2​(t)=f2​(t)∗f1​(t)
  • 分配律:并联系统的冲激响应等于组成并联系统的各子系统冲激响应之和 f 1 ( t ) ∗ [ f 2 ( t ) + f 3 ( t ) ] = f 1 ( t ) ∗ f 2 ( t ) + f 1 ( t ) ∗ f 3 ( t ) f_1(t)*[f_2(t)+f_3(t)]=f_1(t)*f_2(t)+f_1(t)*f_3(t) f1​(t)∗[f2​(t)+f3​(t)]=f1​(t)∗f2​(t)+f1​(t)∗f3​(t)
  • 结合律:串联系统的冲激响应等于组成串联系统的各子系统冲激响应的卷积 [ f 1 ( t ) ∗ f 2 ( t ) ] ∗ f 3 ( t ) = f 1 ( t ) ∗ [ f 2 ( t ) ∗ f 3 ( t ) ] [f_1(t)*f_2(t)]*f_3(t)=f_1(t)*[f_2(t)*f_3(t)] [f1​(t)∗f2​(t)]∗f3​(t)=f1​(t)∗[f2​(t)∗f3​(t)]

卷积的微积分

卷积的微积分与代数运算大不相同

  • 两个函数卷积后的导数等于其中一个函数的导数与另一函数的卷积 d d t [ f 1 ( t ) ∗ f 2 ( t ) ] = f 1 ( t ) ∗ d f 2 ( t ) d t = d f 1 ( t ) d t ∗ f 2 ( t ) \begin{aligned}\dfrac{d}{dt}[f_1(t)*f_2(t)]&=f_1(t)*\dfrac{df_2(t)}{dt}\\&=\dfrac{df_1(t)}{dt}*f_2(t)\end{aligned} dtd​[f1​(t)∗f2​(t)]​=f1​(t)∗dtdf2​(t)​=dtdf1​(t)​∗f2​(t)​
  • 两函数卷积后的积分等于其中一个函数之积分与另一函数之卷积 ∫ − ∞ t [ f 1 ( λ ) ∗ f 2 ( λ ) ] d λ = f 1 ( t ) ∗ ∫ − ∞ t f 2 ( λ ) d λ = f 2 ( t ) ∗ ∫ − ∞ t f 1 ( λ ) d λ \begin{aligned} \int_{-\infty}^t[f_1(\lambda)*f_2(\lambda)]d\lambda &=f_1(t)*\int_{-\infty}^tf_2(\lambda)d\lambda \\&=f_2(t)*\int_{-\infty}^tf_1(\lambda)d\lambda\end{aligned} ∫−∞t​[f1​(λ)∗f2​(λ)]dλ​=f1​(t)∗∫−∞t​f2​(λ)dλ=f2​(t)∗∫−∞t​f1​(λ)dλ​

与冲激函数或阶跃函数的卷积

  • 函数 f ( t ) f(t) f(t)与单位冲激函数 δ ( t ) \delta(t) δ(t)卷积的结果仍然是函数 f ( t ) f(t) f(t)本身 f ( t ) ∗ δ ( t ) = f ( t ) f(t)*\delta(t)=f(t) f(t)∗δ(t)=f(t) p r o o f : proof: proof: f ( t ) ∗ δ ( t ) = ∫ − ∞ + ∞ δ ( τ ) ⋅ f ( t − τ ) d τ = f ( t ) f(t)*\delta(t)=\int_{-\infty}^{+\infty}\delta(\tau)\cdot f(t-\tau)d\tau=f(t) f(t)∗δ(t)=∫−∞+∞​δ(τ)⋅f(t−τ)dτ=f(t)

  • 函数 f ( t ) f(t) f(t)与延迟的单位冲激函数 δ ( t − t 0 ) \delta(t-t_0) δ(t−t0​)卷积的结果,相当于把函数 f ( t ) f(t) f(t)延时 t 0 t_0 t0​ f ( t ) ∗ δ ( t − t 0 ) = f ( t 0 ) f(t)*\delta(t-t_0)=f(t_0) f(t)∗δ(t−t0​)=f(t0​)

其他结论

  • f ( t ) ∗ δ ′ ( t ) = f ′ ( t ) f(t)*\delta'(t)=f'(t) f(t)∗δ′(t)=f′(t)
    p r o o f : proof: proof: f ( t ) ∗ δ ′ ( t ) = ∫ − ∞ + ∞ δ ′ ( t ) f ( t − τ ) d τ = ∫ − ∞ + ∞ f ( t − τ ) d δ ( τ ) = 0 − ∫ − ∞ + ∞ δ ( τ ) d [ f ( t − τ ) ] = ∫ − ∞ + ∞ δ ( τ ) f ′ ( t − τ ) d τ = f ′ ( t ) \begin{aligned}f(t)*\delta'(t)&=\int _{-\infty}^{+\infty}\delta'(t)f(t-\tau)d\tau\\&=\int_{-\infty}^{+\infty}f(t-\tau)d\delta(\tau) \\&=0-\int_{-\infty}^{+\infty}\delta(\tau)d[f(t-\tau)] \\&=\int_{-\infty}^{+\infty}\delta(\tau)f'(t-\tau)d\tau \\&=f'(t) \end{aligned} f(t)∗δ′(t)​=∫−∞+∞​δ′(t)f(t−τ)dτ=∫−∞+∞​f(t−τ)dδ(τ)=0−∫−∞+∞​δ(τ)d[f(t−τ)]=∫−∞+∞​δ(τ)f′(t−τ)dτ=f′(t)​
  • f ( t ) ∗ u ( t ) = ∫ − ∞ t f ( τ ) d τ f(t)*u(t)=\int_{-\infty}^tf(\tau)d\tau f(t)∗u(t)=∫−∞t​f(τ)dτ
    p r o o f : proof: proof: f ( t ) ∗ u ( t ) = ∫ − ∞ + ∞ f ( τ ) ⋅ u ( t − τ ) d τ = ∫ − ∞ t f ( τ ) d τ \begin{aligned}f(t)*u(t)&=\int_{-\infty}^{+\infty}f(\tau)\cdot u(t-\tau)d\tau \\&=\int_{-\infty}^tf(\tau)d\tau \end{aligned} f(t)∗u(t)​=∫−∞+∞​f(τ)⋅u(t−τ)dτ=∫−∞t​f(τ)dτ​
posted @ 2022-03-12 20:51  tariya  阅读(394)  评论(0)    收藏  举报  来源