Fourier变换把平移变成相位;Mellin变换把缩放变成幂因子。要使用它,首先不能只抄一个变换公式,还要说明零端和无穷端共同允许哪些复参数。
形式陈述
设 在每个紧子区间上Riemann可积。若加权积分理路反常积分:分别截断与尾部收敛Improper integral · 广义 Riemann 积分把无穷区间或奇异端点的积分定义为有限截断的极限,区分绝对收敛、条件收敛与主值,并以尾部界给实际截断证书。绝对收敛,定义
写复参数理路复数Complex number形如 a+bi 的数,按坐标规则构成实数域的二次扩张。 ,绝对收敛只取决于
若它对开区间 中的每个实数成立,就得到竖直收敛条带 ;若这个开区间最大,常称基本带。边界线上可能有不同情况,不能自动包含进去;也不保证每个函数都有非空基本带。
特别地,若 于 、 于 ,则
是一个充分的收敛范围,只要该区间非空。大O上界不总能证明这是最大范围。
直觉
令 ,则 ,式(1)成为
乘法尺度在 中变成加法距离。实部 给对数坐标中的函数加一个指数权,虚部 再测量它的振荡频率。选择竖线,就是选择哪一个加权函数真正可积。
与库内Fourier约定对齐
定义 。本库Fourier变换理路Fourier 变换Fourier transform · 傅里叶变换把非周期函数分解为连续频率成分,并将卷积和平移不变算子转为频域乘法。用指数 ,因此
若 且 也可积,则在 的连续点有
这是Fourier逆变换换坐标后的结论。负号、 和 都须一起变换;只改名称会产生归一化错误。本页用双侧绝对可积的充分条件,不把它声称为最弱逆变换定理。
条带内部为什么全纯
在较窄闭条带上,取左右各留一点余量的两个实部。零端用较小实部的可积权控制,无穷端用较大实部控制; 可由这点幂次余量吸收。控制收敛定理理路控制收敛定理Dominated convergence theorem几乎处处收敛且被同一可积函数控制时,可以交换极限与积分。于是允许在积分内对 求导,得到全纯性。边界没有这份余量,需重新判断。
例子与边界
两个完整变换,而不是无条件表格
对 ,定义直接给Gamma函数理路Gamma 函数:递推、延拓与极点Gamma function · 伽马函数 · Euler gamma function从Euler积分的收敛半平面构造Gamma函数,证明递推与阶乘取值,逐步延拓并计算非正整数极点和可核验的截断界。
指数尾没有给实部上界,零端却仍要求正实部。
对 ,反射积分理路Gamma 反射公式与钥匙孔围道Gamma reflection formula · Euler reflection formula · Euler 反射公式证明Gamma在z和1−z处的乘积等于π除以sinπz,明确幂分支、围道方向、两端圆弧误差和整数极点边界。给
这是准确的绝对收敛带:在零端与 比较,在无穷端与 比较。实参数 或 时,相应端出现对数发散。
两条边界上的非零虚参数也没有普通条件积分。在零端 时,主项积分含 ,随 不取极限;减去主项后的差可积。无穷端 同理出现 。所以不能用振荡为这两条边界自动“补上收敛”。
常数函数1则没有任何绝对收敛带:零端要求 ,远端要求 ,两者不相交。它若以广义变换处理,已经换了函数空间。
推论与应用
缩放只改变一个幂因子
对 ,令 ,在共同收敛范围内
第二式也必须平移收敛带。因子虽然简单,定义域并不会原地不动。
一条有显式尾界的逆积分
式(5)取 ,因为 ,变换沿竖线指数衰减,满足式(4)的额外可积条件。配对正负频率后得到
将上限截为 ,利用 ,遗漏量严格受控:
这只控制频率尾。若有限积分由求积程序计算,还须加上求积误差; 趋零时前因子增大,也不能声称同一 在整个正半轴上给共同绝对误差。
参考资料