使用numpy的快速傅里葉變換的一些問題

離散傅里葉變換(DFT)的頻率(或波數)確實主要由采樣點數和物理步長決定。

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最高波數和最小波長的乘積是1。單位長度內波的周期數。
(注意角波數是 k = 2 π λ k = \frac{2 \pi}{\lambda} k=λ2π?


使用numpy的快速FFT相關函數生成x和y方向的波數,并構建二維波數網絡。

只要知道網格分辨率就知道波數。波數是由離散傅里葉變換的數學性質決定的。

DFT 的頻率分量直接依賴于 采樣點數(網格分辨率)和 物理步長(網格間距)。

分辨率強調物理密度,步長強調物理精度。

物理頻率和波數:

  • 頻率: f = n N Δ x f = \frac{n}{N \Delta x} f=NΔxn?
  • 波數: k = 2 π f k = 2 \pi f k=2πf
  • 最高可分辨率(Nyquist頻率) f m a x = 1 2 Δ x f_{max} = \frac{1}{2 \Delta x} fmax?=x1?

傅立葉變換是以時間為自變量的信號和以頻率為自變量的頻譜函數之間的一種變換關系。

Q:多重網格里面涉及到的波數和這里面的頻率是什么關系?

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Q:波數 k 的誤差分量的波長,這個怎么理解?

A:波數定義為 k = 2 π λ k = \frac{2 \pi}{\lambda} k=λ2π?,因此波數的誤差(Δk)會直接影響波長的計算,反之亦然。將波數誤差想象為“頻率空間的不確定性”,而波長誤差是“實際空間中的不確定性”。兩者通過傅里葉變換關聯,類似不確定性原理中的共軛變量關系。
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Q:什么是共軛變量?

A:述一對具有特定關系的動態變量,這對變量在系統的動力學演化中彼此制約,且通常無法同時被精確確定(如量子力學中的不確定性原理)。

Q:奈奎斯特(Nyquist)定理。

低頻誤差:波長>>2h,
高頻誤差:波長 ≈ \approx 2h,
出現混疊,丟失高頻信息:波長 < 2h。

Q:只要知道網格分辨率就能知道波數嗎?

A:是的,只要知道網格的分辨率(即網格的尺寸和物理步長),就可以計算出對應的波數(頻率)。這是因為波數(空間頻率)是由 離散傅里葉變換(DFT) 的數學性質決定的,而 DFT 的頻率分量直接依賴于 采樣點數(網格分辨率) 和 物理步長(網格間距)。

Q:頻率索引的個數n和采樣點的關系是什么?

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