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矩形函数


RectangleFunction

矩形函数 Pi(x) 是一个函数,它在区间 [-1/2,1/2] 之外为 0,在区间之内为 1。它也称为门函数、脉冲函数或窗函数,并由下式定义:

 Pi(x)={0   for |x|>1/2; 1/2   for |x|=1/2; 1   for |x|<1/2.
(1)

上面的左图绘制了按定义的函数,而右图显示了它在示波器上追踪时的外观。广义函数 f(x)=hPi((x-c)/b) 具有高度 h,中心 c 和全宽 b

正如 Bracewell(1965 年,第 53 页)所指出的,“指定在 x=+/-1/2 处的值几乎从不重要,即在不连续点处。同样,没有必要或不希望强调图中的值 Pi(+/-1/2)=1/2;最好显示让人联想到高质量示波图的图形(当然,示波图永远不会显示不连续点一半高度处的额外亮度)。”

分段 版本的矩形函数在 Wolfram 语言 中实现为UnitBox[x](在 x=+/-1/2 处取值 1),而 广义函数 版本实现为HeavisidePi[x](在 x=+/-1/2 处保持未求值状态)。

矩形函数满足的恒等式包括

Pi(x)=H(x+1/2)-H(x-1/2)
(2)
=H(1/2+x)+H(1/2-x)-1
(3)
=H(1/4-x^2)
(4)
=1/2[sgn(x+1/2)-sgn(x-1/2)],
(5)

其中 H(x)Heaviside 阶跃函数。矩形函数的 傅里叶变换 由下式给出

F_x[Pi(x)](k)=int_(-infty)^inftye^(-2piikx)Pi(x)dx
(6)
=sinc(pik),
(7)

其中 sinc(x)sinc 函数


另请参阅

绝对值, 箱车函数, 傅里叶变换--矩形函数, Heaviside 阶跃函数, 斜坡函数, 符号函数, 方波, 三角函数, 均匀分布

使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Bracewell, R. "单位高度和基底的矩形函数,Pi(x)。" 在傅里叶变换及其应用。 纽约:McGraw-Hill,第 52-53 页,1965 年。

在 Wolfram|Alpha 上引用

矩形函数

引用为

Weisstein,Eric W. “矩形函数。” 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/RectangleFunction.html

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