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Análise de Fourier - Um Livro Colaborativo

7.2 Diagramas de espectro


Diagrama de espectro da transformada de Fourier é a representação gráfica da transformada de Fourier F(w) associadas a uma função f(t). Da mesma forma como o diagrama de espectro da série de Fourier se divide em amplitude e fase, o diagrama de espectro da transformada de Fourier se divide em magnitude e fase. Ou seja, o gráfico de |F(w)| é a diagrama de magnitude e o gráfico de ϕ(w) é o diagrama de fase, onde

F(w) = |F(w)|eiϕ(w), (7.3)

Exemplo 7.2.1. No exemplo 6.1.1 da página 151 calculamos a transformada de Fourier da função f(t) = e−|t|:

F(w) = 2 w2 + 1. (7.4)

O gráfico da magnitude |F(w)| é dado na figura 7.1. Devido o fato de F(w) ser real, a fase é uma função nula.


PIC


Figura 7.1:


Exemplo 7.2.2. O exemplo 7.1.1 da página 176 apresenta a transformada de Fourier da função f(t) = e−atu(t) onde a é uma constante positiva e u(t) é a função Heaviside:

F(w) = a a2 + w2 − iw a2 + w2.

Observe que |F(w)| = a a2 + w2 2 + w a2 + w2 2 = a2 + w2 a2 + w2 2 = 1 a2 + w2

e, como a > 0, temos a a2+w2 > 0. Portanto,

ϕ(w) = tan ⁡ −1 − w a2+w2 a a2+w2 = − tan ⁡ −1 w a . (7.5)

A figura 7.2 apresenta o diagrama de espectro de magnitude e fase da transformada F(w) de f(t) quando a = 1.


PIC PIC


Figura 7.2:


Exercícios


E 7.2.1. Calcule a transformada de Fourier e trace o diagrama de espectro da função f(t) = te−t2. [Dica: Use integração por partes para transformar a integral dada numa integral tabelada.

Resposta. F(w) = ∫ −∞∞te−t2 e−iwtdt = −2i∫ 0∞te−t2 sen ⁡ (wt)dt = −2i −e−t2 2 sen ⁡ (wt) 0∞ + 2i∫ 0∞ −e−t2 2 w cos ⁡ (wt)dt = −iw∫ 0∞e−t2 cos ⁡ (wt)dt = −iwπ 2 e−w2 4 = |F(w)|eiϕ(w)

onde |F(w)| = |w|π 2 e−w2 4 e ϕ(w) = − π 2 , w > 0, π 2 , w < 0.

Veja o diagrama de espectro na figura abaixo.

PIC PIC

Creative Commons License Este texto é disponibilizado nos termos da licença Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 3.0 Não Adaptada (CC-BY-SA 3.0). Página gerada em 26/7/2022 às 15:19:5.

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