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exp(jwt)のフーリエスペクトルの虚部が0にならない?

toten_s

総合スコア5

Python

Pythonは、コードの読みやすさが特徴的なプログラミング言語の1つです。 強い型付け、動的型付けに対応しており、後方互換性がないバージョン2系とバージョン3系が使用されています。 商用製品の開発にも無料で使用でき、OSだけでなく仮想環境にも対応。Unicodeによる文字列操作をサポートしているため、日本語処理も標準で可能です。

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投稿2019/11/05 17:34

pythonで波形処理の勉強をしています。
一般にf(t)=exp(jwt)のフーリエスペクトルの虚部はゼロだという数学的な認識を持っているのですが,以下のコードに書いた諸条件でpythonに落とし込むとプラスマイナス0.95105652が交互に並んで得られます。何が間違いでしょうか?ご教示ください。

試したこと:
誤差かと思い虚部だけ0にしてIFFTをかけたところ,まったく違う波形になった。

参考:小野測器「計測コラム メールマガジン89号 ディジタル計測の基礎」
https://www.onosokki.co.jp/HP-WK/eMM_back/emm89.pdf

python

1%matplotlib notebook 2import numpy as np 3import matplotlib.pyplot as plt 4import matplotlib.animation as animation 5#fftバックエンドの選択 6from numpy.fft import fft, ifft, fftshift, ifftshift, fftfreq 7#from scipy.fftpack import fft,ifft, fftshift, ifftshift, fftfreq 8 9#input 10N = 2**7 11ts = 0.1 #サンプリング周期 /fs 12f_0 = 3 #/Phz 13# 14fs = 1/ts #サンプリング周波数 /PHz 15dt = ts 16df = fs/N 17k = int(0.37/df) #中心波長 k*df/PHz = 0.37 18t = fftfreq(N, df) #時間軸 /fs 19f = fftfreq(N, dt) #周波数軸 /PHz 20 21#図1 22y = np.exp(1j * 2 * np.pi * f_0 * t) 23 24Y=fft(y) 25#plt.plot(fftshift(f), fftshift(np.real(Y))) 26plt.scatter(fftshift(f), fftshift(np.imag(Y))) 27 28#図2 29y1 = np.exp(1j * 2 * np.pi * f_0 * t) 30y2 = np.exp(1j * 2 * np.pi * f_0 * t) 31 32Y1=fft(y1) 33Y2=fft(y2) 34Y2=np.real(Y2) 35 36y1=ifft(Y1) 37y2=ifft(y2) 38 39#plt.plot(f, np.real(Y1)) 40#plt.plot(f, np.imag(Y1)) 41#plt.plot(f, np.imag(Y2)) 42plt.plot(fftshift(t), fftshift(y1)) 43plt.plot(fftshift(t), fftshift(y2))

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exp(jωt) = cos(ωt) + jsin(ωt) であり、ある正弦波を複素平面上での円運動(半径1)として表しているので、虚部が0になるのはsin(ωt)=0、つまり位相が0とπの時だけです。
"プラスマイナス0.95105652が交互に並んで"というのは、単調な円運動ゆえに周期的に同じ点(および実軸に対称な負の点)を通過することと、サンプリングの設定が荒いからそう見えるだけではないでしょうか。

参考

投稿2019/11/07 01:13

jeanbiego

総合スコア3966

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