尤拉公式

... 2021-03-15
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# 尤拉公式

在單位圓的圓周上等速旋轉的一個點,其角度可以看成是線性的,不妨寫成 ωt\omega t。根據三角函數,該點的水平座標為 cos⁡(ωt)\cos(\omega t),而垂直座標為 sin⁡(ωt)\sin(\omega t),因此在複平面上,該點的位置可以表示如下:

cos⁡(ωt)+jsin⁡(ωt)\cos(\omega t) + j \sin(\omega t)

根據尤拉公式 ejωt=cos⁡(ωt)+jsin⁡(ωt)e^{j\omega t} = \cos(\omega t) + j \sin(\omega t),所以該點的位置也可以寫成 ejωte^{j\omega t};也就是說 ejωte^{j\omega t} 代表的就是一個角速度為 ω\omega 等速旋轉的訊號點。參見下圖:

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Rad =0∘=2π×0.00\ = 0^{\circ} = 2\pi\times 0.00

Point =ei2π×0.00\ = e^{i 2\pi\times 0.00}

 =cos⁡(2π⋅0.00)+isin⁡(2π⋅0.00)\ = \small{\cos(2\pi\cdot 0.00) + i \sin(2\pi\cdot 0.00)}

如果我們把尤拉公式中的 ω\omega 改成 −ω-\omega,然後跟上式一起運用,做一點簡單的運算,可以得到以下的公式:

cos⁡(ωt)=ejωt+e−jωt2\cos(\omega t) = \frac{e^{j\omega t}+e^{-j\omega t}}{2}

換句話說,cos⁡(ωt)\cos(\omega t) 可以看成是兩個訊號點的合成,其中一個是 12ejωt\frac12 e^{j\omega t},另外一個是 12e−jωt\frac12 e^{-j\omega t}。

練習


  1. 試著把 sin⁡(ωt)\sin(\omega t) 寫成 ejωte^{j\omega t} 和 e−jωte^{-j\omega t} 的線性組合。
  2. 試著把 cos⁡(ωt+θ)\cos(\omega t+\theta) 寫成 ejωte^{j\omega t} 和 e−jωte^{-j\omega t} 的線性組合。
Last update: March 15, 2021 12:56
Contributors: Jia-Yin