序列 的(单边)-变换定义为
|
(1)
|
此定义在 Wolfram 语言 中实现为ZTransform[a, n, z]。类似地,逆 -变换实现为InverseZTransform[A, z, n]。
“Z-变换”通常指的是单边 Z-变换。不幸的是,还有许多其他的约定。Bracewell (1999) 使用术语“-变换”(使用小写 )来指代单边 -变换。Girling (1987, p. 425) 根据连续函数的样本定义了变换。更糟糕的是,一些作者将 -变换定义为双边 Z-变换。
一般来说,序列的逆 -变换不是唯一的,除非指定其收敛区域 (Zwillinger 1996, p. 545)。如果函数 的 -变换在分析上已知,则逆 -变换 可以使用轮廓积分计算
|
(2)
|
其中 是 复平面 原点周围的闭合轮廓,位于 的解析域中 (Zwillinger 1996, p. 545)
单边变换在许多应用中都很重要,因为数字序列 的生成函数 正好由 给出,即 -变换在变量 中的 (Germundsson 2000)。换句话说,函数 的逆 -变换精确地给出了 级数展开中的项。例如, 的级数项由下式给出
|
(3)
|
Girling (1987) 定义了单边 -变换的一种变体,该变体对以规则间隔 采样的连续函数 进行运算,
|
(4)
|
其中 是 拉普拉斯变换,
周期为 的单边 Shah 函数 由下式给出
|
(7)
|
并且 是 克罗内克 delta,给出
|
(8)
|
另一种等效定义是
|
(9)
|
其中
|
(10)
|
通过取 ,这个定义本质上等同于通常的定义。
下表总结了一些常用函数的 -变换 (Girling 1987, pp. 426-427; Bracewell 1999)。这里, 是 克罗内克 delta, 是 Heaviside 阶跃函数,并且 是多对数函数。
一般幂函数 的 -变换可以解析计算为
其中 是欧拉数, 是多对数函数。令人惊讶的是,-变换 因此是 欧拉数三角形 的生成器。
-变换 满足许多重要的性质,包括线性性
|
(14)
|
平移
缩放
|
(19)
|
以及乘以 的幂
(Girling 1987, p. 425; Zwillinger 1996, p. 544)。
离散傅里叶变换是 -变换在以下情况下的特例
|
(22)
|
并且当
|
(23)
|
对于 时,-变换被称为分数傅里叶变换。
另请参阅
双边 Z-变换,
离散傅里叶变换,
欧拉数三角形,
欧拉数,
分数傅里叶变换,
生成函数,
拉普拉斯变换,
人口比较,
单边 Z-变换
使用 Wolfram|Alpha 探索
参考文献
Arndt, J. "The -Transform (ZT)." Ch. 3 in "Remarks on FFT Algorithms." http://www.jjj.de/fxt/.Boxer, R. "A Note on Numerical Transform Calculus." Proc. IRE 45, 1401-1406, 1957.Boxer, R. and Thaler, S. "A Simplified Method of Solving Linear and Nonlinear Systems." Proc. IRE 44, 89-101, 1956.Bracewell, R. The Fourier Transform and Its Applications, 3rd ed. New York: McGraw-Hill, pp. 257-262, 1999.Balakrishnan, V. K. Schaum's Outline of Combinatorics, including Concepts of Graph Theory. New York: McGraw-Hill, 1995.Brand, L. Differential and Difference Equations. New York: Wiley, 1966.Cadzow, J. A. Discrete-Time Systems: An Introduction with Interdisciplinary Applications. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1973.DiStefano, J. J.; Stubberud, A. R.; and Williams, I. J. Schaum's Outline of Feedback and Control Systems, 2nd ed. New York: McGraw-Hill, 1995.Elaydi, S. N. An Introduction to Difference Equations, 2nd ed. New York: Springer, 1999.Germundsson, R. "Mathematica Version 4." Mathematica J. 7, 497-524, 2000.Girling, B. "The Z Transform." In CRC Standard Mathematical Tables, 28th ed (Ed. W. H. Beyer). Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 424-428, 1987.Graf, U. Applied Laplace Transforms and z-Transforms for Scientists and Engineers: A Computational Approach using a Mathematica Package. Basel, Switzerland: Birkhäuser, 2004.Graham, R. L.; Knuth, D. E.; and Patashnik, O. Concrete Mathematics: A Foundation for Computer Science, 2nd ed. Reading, MA: Addison-Wesley, 1994.Grimaldi, R. P. Discrete and Combinatorial Mathematics: An Applied Introduction, 4th ed. Longman, 1998.Jury, E. I. Theory and Applications of the Z-Transform Method. New York: Wiley, 1964.Kelley, W. G. and Peterson, A. C. Difference Equations: An Introduction with Applications, 2nd ed. New York: Academic Press, 2001.Koepf, W. Hypergeometric Summation: An Algorithmic Approach to Summation and Special Function Identities. Braunschweig, Germany: Vieweg, 1998.Levy, H. and Lessman, F. Finite Difference Equations. New York: Dover, 1992.Ljung, L. System Identification: Theory for the User. Prentice-Hall, 1987.Mickens, R. E. Difference Equations, 2nd ed. Princeton, NJ: Van Nostrand Reinhold, 1987.Miller, K. S. Linear Difference Equations. New York: Benjamin, 1968.Ogata, K. Discrete-Time Control Systems. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1987.Petkovšek, M.; Wilf, H. S.; and Zeilberger, D. A=B. Wellesley, MA: A K Peters, 1996. http://www.cis.upenn.edu/~wilf/AeqB.html.Sedgewick, R. and Flajolet, P. An Introduction to the Analysis of Algorithms. Reading, MA: Addison-Wesley, 1996.Tsypkin, Ya. Z. Sampling System Theory. New York: Pergamon Press, 1964.Vidyasagar, M. Control System Synthesis: A Factorization Approach. Cambridge, MA: MIT Press, 1985.Wilf, H. S. Generatingfunctionology, 2nd ed. New York: Academic Press, 1994.Zwillinger, D. (Ed.). "Generating Functions and Transforms" and "-Transform." §3.9.6 and 6.27 in CRC Standard Mathematical Tables and Formulae, 30th ed. Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 231-233 and 543-547, 1996.在 Wolfram|Alpha 上被引用
Z-变换
请引用本文为
Weisstein, Eric W. "Z-变换." 来自 MathWorld--一个 Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/Z-Transform.html
学科分类