Convolution integral

Moderators: dirkwb, Xilvo

Reageer
Gebruikersavatar
Berichten: 682

Convolution integral

Goedendag,

De volgende stelling staat in mijn boek:

If
\(F(s)=L(f(t))\)
and
\(G(s)=L(g(t))\)
both exist for s > a
\(\geq a\)
0, then
\(H(s)=F(s)G(s)=L(h(t))\)
, s > a,

where
\(h(t)=\int_{0}^{t}f(t-\tau )g(\tau)d\tau=\int_{0}^{t}f(\tau)g(t-\tau)d\tau\)
Ik vraag mij nu af hoe je deze laatste regel bewijst.

Ik neem als substitutie in de linker integraal:
\(\varepsilon =t-\tau\)
En krijg dan voor de eerste integraal:
\(\int_{0}^{t}f(\varepsilon)g(t-\varepsilon)d\tau\)
Kan ik nu zeggen:
\(d\varepsilon =-d\tau\)
?

Dit geldt volgens mij alleen wanneer
\(t \neq f(\tau)\)
, maar is dit wel het geval?

Alvast bedankt.
Help WSF met het vouwen van eiwitten en zo ziekten als kanker en dergelijke te bestrijden in de vrije tijd van je chip:

http://www.wetenschapsforum.nl/index.ph ... opic=59270

Berichten: 264

Re: Convolution integral

Kun je niet gewoon even de transformatie van een convolutieproduct gebruiken? Zoiets:
\(L(f*g)=\int e^{-st}(g(t)*f(t))dt\)
Een eigenschap van verschuiving in tijdsdomein geeft -->..... in s domein gebruiken. Dan een coordinaattransformatie en wat je zoekt volgt..

grenzen weggelaten - ik weet niet welke definities jij precies gebruikt

Gebruikersavatar
Berichten: 2.097

Re: Convolution integral

Dit geldt volgens mij alleen wanneer
\(t \neq f(\tau)\)
, maar is dit wel het geval?
Natuurlijk. tau is de integratieveranderlijke, terwijl t voor de integraal een constante is.
"Why must you speak when you have nothing to say?" -Hornblower

Conserve energy: Commute with a Hamiltonian

Gebruikersavatar
Berichten: 682

Re: Convolution integral

Dat is mogelijk, alleen mijn voornaamste probleem is dat ik niet goed weet hoe ik moet differentiëren na een substitutie.

In dit geval heb ik:
\(\varepsilon =t-\tau\)
Differentiëren naar tau:
\(\frac{d\varepsilon}{d\tau}=\frac{dt}{d\tau}-\frac{d\tau}{d\tau}=\frac{dt}{d\tau}-1\)
Maar geldt nu
\(\frac{dt}{d\tau}=0\)
, en zo ja, waarom?
Help WSF met het vouwen van eiwitten en zo ziekten als kanker en dergelijke te bestrijden in de vrije tijd van je chip:

http://www.wetenschapsforum.nl/index.ph ... opic=59270

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Convolution integral

Ben je het niet eens met ZvdP? Die t is toch gewoon een constante?
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Gebruikersavatar
Berichten: 682

Re: Convolution integral

Helaas zie ik niet in waarom dat gewoon een constante is, dat is dan ook mijn probleem.
Help WSF met het vouwen van eiwitten en zo ziekten als kanker en dergelijke te bestrijden in de vrije tijd van je chip:

http://www.wetenschapsforum.nl/index.ph ... opic=59270

Gebruikersavatar
Berichten: 682

Re: Convolution integral

Even een eenvoudiger voorbeeld,

stel:
\(\int (xy) dx\)
Volgens de opmerking "tau is de integratieveranderlijke, terwijl t voor de integraal een constante is" zou nu volgens mij moeten gelden:

x is de integratieveranderlijke, terwijl y voor de integraal een constante is.

Dan krijg ik:
\(\int (xy) dx=\frac{1}{2}x^{2}y+C\)
Maar stel nou dat geldt y = x^2, dan:
\(\int (xy) dx=\frac{1}{2}x^{2}y+C=\frac{1}{2}x^{4}+C\)
Maar je zou het ook als volgt kunnen berekenen:
\(\int (xy) dx=\int (x^{3}) dx=\frac{1}{4}x^{4}+C\)
Duidelijk is te zien dat dit verschillende antwoorden oplevert, omdat in dit geval y=f(x).

Nu mijn vraag:

Hoezo kan je in het geval:
\(\int_{0}^{t}f(\varepsilon)g(t-\varepsilon)d\tau\)
Direct zeggen dat:
\(t \neq f(\tau)\)
?

Terwijl als je de integraal
\(\int (xy) dx\)
hebt, er wel kan gelden dat y=f(x).
Help WSF met het vouwen van eiwitten en zo ziekten als kanker en dergelijke te bestrijden in de vrije tijd van je chip:

http://www.wetenschapsforum.nl/index.ph ... opic=59270

Gebruikersavatar
Berichten: 2.609

Re: Convolution integral

Helaas zie ik niet in waarom dat gewoon een constante is, dat is dan ook mijn probleem.
Het heeft mij ook een tijdje gekost om te begrijpen wat een convolutie juist doet. Het idee is dat je een van de 2 functies neemt en op een bepaalde plaats t over de andere schuift. Dan bepaal je via de integraal de oppervlakte voor die verschuiving. Je kan dan t laten lopen en voor al die andere verschuivingen telkens de oppervlakte berekenen en op die manier krijg je terug een functie. Maar zie je dat die verschuiving t door de integraal als een constante gezien wordt?

Het wordt mooi geïllustreerd in onderstaande afbeelding van wikipedia:

Afbeelding

Gebruikersavatar
Berichten: 682

Re: Convolution integral

Allereerst mijn excuses voor de late reactie.

Helaas snap ik het nog steeds niet.

De convolution integral:
\(y(t)=f(t)*g(t)=\int_{\tau \to -\infty }^{\tau \to \infty}f(t-\tau )g(\tau)d\tau\)
Dan geldt volgens mij:

t: shift parameter
\(\tau\)
: de running variable
Je kan dan t laten lopen en voor al die andere verschuivingen telkens de oppervlakte berekenen en op die manier krijg je terug een functie.
Ik zie inderdaad dat wanneer je t laat lopen, de functie
\(f(t-\tau )\)
zich zal verplaatsen over de horizontale "
\(\tau\)
" as.

Echter, waarom zou je deze t laten lopen? De running variable is toch
\(\tau\)
?

Ik heb het idee dat als t (de shift parameter) groot genoeg is, en
\(f(t-\tau )\)
en
\(g(\tau)\)
elkaar niet overlappen, dat de convolutieintegraal 0 is.

Net als dat geldt:
\(y(t)= \int_{t \to -\infty }^{t \to \infty }(-t+u_{0}(2t))dt=0\)
, wanneer je dit product integreert van
\(t \to -\infty\)
tot
\(t \to \infty\)
. Hierin staat
\(u_{0}(2t))\)
voor de Heaviside step function.

Voor de goede orde, ik weet dat "als t (de shift parameter) groot genoeg is, en
\(f(t-\tau )\)
en
\(g(\tau)\)
elkaar niet overlappen, dat de convolutieintegraal 0 is. " niet waar is. Echter ik snap alleen niet waarom dit niet waar is.

Mijn probleem samengevat:

Ik snap dat als t verandert, de functie
\(f(t-\tau )\)
zich zal verplaatsen over de horizontale "
\(\tau\)
" as. Echter, de running variable is
\(\tau\)
, dus waarom zou je t gaan variëren en vervolgens het product
\(f(t-\tau )g(\tau)\)
integreren?
Help WSF met het vouwen van eiwitten en zo ziekten als kanker en dergelijke te bestrijden in de vrije tijd van je chip:

http://www.wetenschapsforum.nl/index.ph ... opic=59270

Gebruikersavatar
Berichten: 2.609

Re: Convolution integral

Ik begrijp dat het verwarrend is en dat je tau als een soort lopende variabele wil zien, maar misschien dat de volgende notatie het duidelijker maakt:
\(y(t) = \int_{-\infty}^{+\infty}f(\tau)g(t-\tau)d\tau\)
Op t = 0 krijg je
\(y(0) = \int_{-\infty}^{+\infty}f(\tau)g(-\tau)d\tau = Opp(f(\tau)*g(-\tau))\)
Op t = 0 wordt y(0) dus de oppervlakte onder f vermenigvuldigd met g, maar dan gespiegeld om de y-as.

Op t = 1 krijg je
\(y(1) = \int_{-\infty}^{+\infty}f(\tau)g(1-\tau)d\tau = Opp(f(\tau)*g(1-\tau))\)
Op t = 1 wordt y(1) de oppervlakte onder f vermenigvuldigd met g, gespiegeld om de y-as EN naar rechts verschoven over een afstand 1.

etc.

Als die functies, naar 0 gaan in het oneindige dan zie je inderdaad dat vanaf de verschuiving groot genoeg is ze niet meer overlappen en de convolutie ook 0 wordt.

Dat is wat die afbeelding die ik je laat zien illustreert. Als we over de tijds-as lopen, dan wordt de ene functie gespiegeld tov de y-as en verschoven naar het tijdstip waarop we ons bevinden. Als de functies nu nog overlappen, dan kan in het overlappende gebied een oppervlakte berekend worden onder f()*g(verschoven+gespiegeld).

Reageer