convoluzione di funzioni, trasformata di Fourier

Messaggioda SteezyMenchi » 17/06/2023, 20:51

Salve a tutti. Sono qui per lo stesso tipo di esercizio dello scorso messaggio, forse stavolta leggermente più complicato anche se penso di avere una soluzione intuitiva, e vorrei che voi mi aiutaste a trovare una giustificazione di un passaggio , che come la scorsa volta continuo a non saper giustificare (sì tralasciando ovviamente il metodo super clever di sfruttare rotazioni e traslazioni utilizzato da Quinzio).
Riporto di nuovo, siccome mi servono di nuovo:
supponiamo di avere due variabili indipendenti $P_x(x),P_y(y)$. Definisco $z = x-y$ e abbiamo che
$P_z(z) = \int P_x(z-y)P_y(y)dy = \int \int P_x(x)P_y(y)\delta(z-x-y) [1]$.
Adesso riporto l'esercizio:
Trovare la $f(x) t.c. f(x) \to 0$ per $ |x| \to \infty$ e che soddisfa l'equazione (gli estremi di integrazione sono sempre $\pm \infty$):
$\int \int \int f(y)g_1(z)g_1(t)\delta(x-y-z-t)dydzdt = g_2(x)$ ove
$g_1(x) = e^{-\frac{(x-m)^2}{2\alpha^2}} / (\sqrt(2\pi\alpha^2)), g_2(x) = e^{-\frac{x^2}{\sqrt(2\pi)}}, \alpha <= 1 /2$
Adesso io non voglio cercare di parlare di metafisica, però mi vedo costretto. E vi informo anche la questa mia "soluzione" è stata ispirata dalla soluzione per la $f$ che ho sbirciato perché stavo per aver un breakdown mentale :lol: :
allora, se supponiamo che la $[1]$ (mera supposizione, però credo sia fattibile) sia generalizzabile a $N$ variabili indipendenti, potrei arrivare a qualcosa del genere:
Definisco:
$$z = x-\sum_{n = 1}^{N}x_n$$
$P_z(z) = \int ... \int P_{x_1}(x_1)...P_{x_N}(x_N)\delta(x-\sum_nx_n)dx_1...dx_n = \int P(z-x_N)P_{x_N}(x_N)dx_N$
Adesso, dopo questi calcoli campati in aria, ci restringiamo al caso $N = 3, x_1 = z, x_2 = t, x_3 = y$.
notiamo innanzitutto che ignoriamo per un attimo la $y$, ovvero da adesso in poi $x-y$ diventerà una sorta di unica variabile e guardiamo quell'integrale triplo, riconosciamo la stessa struttura della $[1]$ ove le due funzioni sono $g_1(z), g_1(t)$, ovvero la stessa funzione come nell'esercizio del messaggio precedente. Vediamo dunque la stessa struttura della convoluzione dello scorso esercizio, ove in questo caso si tratta della convoluzione $g_1 \ast g_1$. Dunque ritornando al nostro vecchio integrale otteniamo (sperando che in qualche modo ci siamo liberati degli integrali in $dz,dt$, non saprei come farlo, l'unico modo sarebbe riportarsi ad una singola variabile con un cambio di variabile e sfruttare
A questo punto guardiamo la $\delta$ di Dirac. Ha valore diverso da zero solo per $y_3=0$, quindi vuol dire che in pratica un integrale "scompare" e la $y_3$ viene sostituita dal valore zero
) avremmo un espressione del tipo $\int \int f(y)\mathcal{G}(x-y)dy$ ove si ha:
$$\mathcal{G}(x-y)= \frac{1}{\sqrt{2\pi 2\alpha^2}} e^{-\frac{(x-y-2m)^2}{2 \cdot2\alpha^2} }$$
Ovviamente ho provato a fare il calcolo esplicito con le trasformate:
$\mathcal{F}{g_1 \ast g_1} = \sqrt(2\pi) \mathcal{F}{g_1}(k)\mathcal{F}{g_1}(k) $
ma ho fallito miseramente putroppo e ho quindi sfruttato il fatto che la convoluzione di una gaussiana è ancora una gaussiana con...ecc ecc. (guardare uno dei miei recenti messaggi dove uso questa proprietà)
Adesso quella lì è la convoluzione di $f \ast \mathcal{G}$, ove $\mathcal{G}$ è una gaussiana $\mathcal{N}(\mu = 2m, \sigma = \sqrt(2\alpha^2))$ che sappiamo deve essere uguale ad una gaussiana $\mathcal{N}(\mu = 0, \sigma = 1)$. Dunque per ottenere una gaussiana ci serve che la $f$ sia una gaussiana con i seguenti parametri $\mathcal{N}_{f}(\mu = 0 - 2m, \sigma^2 = 1 -2alpha^2)$, ovvero:
$ f(x) =\frac{1}{\sqrt{2\pi (1-2\alpha^2)}} e^{-\frac{(x+2m)^2}{2(1-2\alpha^2) } $
la quale soddisfa la condizione di annullarsi dopo un tempo infinitamente lungo. Questo vale tuttavia soltanto se $\alpha < 0.5$, infatti se $\alpha = 1/ 2$ allora rifacendo gli stessi ragionamenti otteniamo che la $f$ deve essere una gaussiana con $\mu = -2m, \sigma^2 = 0$. Tuttavia non credo che una tale funzione esista, o se dovessi in qualche modo crearla io, non penso di avere la più pallida idea di come intuirne la forma.
Adesso se qualcuno vuole provare a postare la sua soluzione mi farebbe un gran favore, e magari se volesse dare un'occhiata alla mia mi farebbe un favore ancora più grande
Ultima modifica di SteezyMenchi il 19/06/2023, 10:42, modificato 1 volta in totale.
SteezyMenchi
Junior Member
Junior Member
 
Messaggio: 284 di 327
Iscritto il: 18/10/2021, 21:05

Re: convoluzione di funzioni, trasformata di Fourier

Messaggioda SteezyMenchi » 19/06/2023, 09:58

Mi sembra di aver trovato un modo semplice per vedere che integrali di quella forma non sono altro che convoluzioni, infatti possiamo semplicemente applicare ricorsivamente il teorema di convoluzione:
Considerando per esempio $f(x), \delta(x)$ ottengo:
$$f \ast \delta = \int f(y)\delta(x-y)dy$$.
Adesso "convolvendo" (ho cercato su Treccani, probabilmente non si dice così hahaha) di nuovo con $g_1$ ottengo:
$$ \int \int f(y)g_1(z)\delta(x-y-z)dydz $$
Da cui, convolvendo di nuovo con $g_1$ otteniamo infine:
$$ \int \int \int f(y)g_1(z)g_1(t)\delta(x-y-z-t)dydzdt $$
Adesso, sfruttando il fatto (che ho anche trovato da qualche parte online) che la delta di Dirac è l'identità moltiplicativa dell'algebra delle convoluzioni ,il che si può vedere dalle varie proprietà della delta che non sto qui ad elencare, ove con algebra si intende un insieme dotato di certe operazioni e proprietà, ma questo non è il mio campo (pun-intended).
Metto qui il mio conto:
$${f \ast \delta}(t) = int f(y)\delta(t-y)dy=\int f(y)\delta(-(y-t))dy = \int f(y)\delta(y-t)dy=f(t)$$
Ove ho utilizzato il fatto che $\delta(x) = \delta(-x)$ e la sifting property della delta di Dirac
SteezyMenchi
Junior Member
Junior Member
 
Messaggio: 293 di 327
Iscritto il: 18/10/2021, 21:05


Torna a Analisi superiore

Chi c’è in linea

Visitano il forum: Nessuno e 1 ospite