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Exponentialfunktionen/Frequenzen/01/Orthonormalsystem/Fakt/Beweis
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<
Exponentialfunktionen/Frequenzen/01/Orthonormalsystem/Fakt
Beweis
Es ist
⟨
f
m
,
f
n
⟩
=
∫
0
1
f
m
f
n
¯
d
x
=
∫
0
1
e
2
π
i
m
x
e
2
π
i
n
x
¯
d
x
=
∫
0
1
e
2
π
i
m
x
e
−
2
π
i
n
x
d
x
=
∫
0
1
e
2
π
i
(
m
−
n
)
x
d
x
.
{\displaystyle {}{\begin{aligned}\left\langle f_{m},f_{n}\right\rangle &=\int _{0}^{1}f_{m}{\overline {f_{n}}}dx\\&=\int _{0}^{1}e^{2\pi {\mathrm {i} }mx}{\overline {e^{2\pi {\mathrm {i} }nx}}}dx\\&=\int _{0}^{1}e^{2\pi {\mathrm {i} }mx}e^{-2\pi {\mathrm {i} }nx}dx\\&=\int _{0}^{1}e^{2\pi {\mathrm {i} }(m-n)x}dx.\end{aligned}}}
Bei
m
=
n
{\displaystyle {}m=n}
ist dies
∫
0
1
e
0
d
x
=
∫
0
1
1
d
x
=
1
.
{\displaystyle {}\int _{0}^{1}e^{0}dx=\int _{0}^{1}1dx=1\,.}
Bei
m
≠
n
{\displaystyle {}m\neq n}
ist dies
∫
0
1
e
2
π
i
(
m
−
n
)
x
d
x
=
1
2
π
i
(
m
−
n
)
(
e
2
π
i
(
m
−
n
)
y
)
0
1
=
1
2
π
i
(
m
−
n
)
(
e
2
π
i
(
m
−
n
)
−
e
0
)
=
1
2
π
i
(
m
−
n
)
(
1
−
1
)
=
0.
{\displaystyle {}{\begin{aligned}\int _{0}^{1}e^{2\pi {\mathrm {i} }(m-n)x}dx&={\frac {1}{2\pi {\mathrm {i} }(m-n)}}{\left(e^{2\pi {\mathrm {i} }(m-n)y}\right)}_{0}^{1}\\&={\frac {1}{2\pi {\mathrm {i} }(m-n)}}{\left(e^{2\pi {\mathrm {i} }(m-n)}-e^{0}\right)}\\&={\frac {1}{2\pi {\mathrm {i} }(m-n)}}{\left(1-1\right)}\\&=0.\end{aligned}}}
Zur bewiesenen Aussage