Séries de Fourier

[RicardoCampos]

Gostei muito do post

[jap]

Obrigado pelo post, muito bom, de facto!

Já agora, sobre o problema do rigor/simplificação na introdução às séries de Fourier, não sei se sabem mas o Sr. Joseph Fourier criou este método para resolver os problemas matemáticos da teoria da condução do calor (ele era engenheiro militar). Apesar da evidência da sua grande utilidade, este método das "séries trigonométricas" teve inicialmente má aceitação na comunidade matemática francesa (ele era Francês, parisiense de nascimento mas vivia em Grenoble - cidade onde eu também vivi quatro anos - quando fez esta descoberta) porque, precisamente, as propriedades de convergência, entre outras questões de rigor, estavam omissas no trabalho de Fourier. O pobre "engenheiro militar" levou muita pancada do Lagrange e do Laplace! Foi preciso algum tempo para que a comunidade dos matemáticos reconhecesse a originalidade (e a abrangência!) deste método verdadeiramente..."engenhoso"!

Vale muito a e pena ler a biografia dele aqui:

Jean-Baptiste Joseph Fourier

[Simbelmyne]

Já agora, sobre o problema do rigor/simplificação na introdução às séries de Fourier, não sei se sabem mas o Sr. Joseph Fourier criou este método para resolver os problemas matemáticos da teoria da condução do calor (ele era engenheiro militar).

Que tem um exemplo muito engraçado no cálculo da temperatura em função do tempo no centro de uma galinha esférica num forno

[Bruno Oliveira]

* Agora o Bruno vai-me bater, porque eu disse o contrário na resposta ao post inicial dele

Contradições...

Enfim, acho que o post do André está de facto, muito bom, e em conjunto com o meu primeiro post, quem ler este tópico ficará com um entendimento que me parece bastante bom do que são e em que se aplicam as séries de Fourier, que é afinal o objectivo do nosso fórum!! Fiquei muito admirado (e maravilhado) com a analogia que foi feita com os vectores, é muito giro ver tudo a ligar-se.

Estou muito contente com o facto do Henrique ter sido "promovido" a moderador!! O fórum está no seu auge, com muita actividade, mais organização e os problemas antigos estão a vir à tona.

Vamos voltar a cumprir a B-rule.

Isto é o Quark! Great to be here.

[hexphreak]

Obrigado pelas tuas palavras, Bruno Mas é capaz de demorar um bocadinho até a B-rule voltar a ser cumprida... Espero que todos colaborem para isso!

Em relação à identificação vector-sinal*, como o Bruno referiu, é realmente muito engraçada e esclarecedora. Apenas para acrescentar algumas informações em relação a esse assunto, é muito interessante que exista de facto uma correspondência formal, mais do que uma analogia, entre os dois conceitos. Intuitivamente, costuma-se pensar num sinal (função do tempo) como um vector na base dos tempos: para sinais discretos (i.e. funções que existem apenas em instantes inteiros), cada instante constitui um versor desta base; temos assim a base .

A partir deste ponto, todas as operações sobre o sinal podem ser entendidas num sentido geométrico, com análogo directo nas transformadas de Fourier. Por exemplo, para a translação no tempo, ou seja, : uma vez temos as mesmas componentes em versores diferentes, a operação geométrica associada é simplesmente uma rotação em torno da origem! No caso da transformada de Fourier de (neste caso uma DFT - Discrete Fourier Transform) verifica-se isso mesmo, vindo os coeficientes multiplicados de , o que corresponde a uma rotação no plano complexo (um dos meus professores costuma dizer que a exponencial "rouba fase").

Uma outra operação, esta frequente em Física Experimental (e, aproveito para dizer, provas experimentais. Por isso, caros olímpicos, isto também vos diz respeito ), é a de efectuar uma regressão. Em geral, queremos ajustar um conjunto de pontos experimentais a uma função de um dado tipo, habitualmente uma combinação linear de funções simples (um ajuste linear será da forma , enquanto outros ajustes frequentes são ou ). A técnica geral para efectuar estes ajustes, a de mínimos quadrados, mais não é do que a projecção de um vector (a vossa função determinada experimentalmente) num referencial formado pelas funções componentes do vosso ajuste! Assim, por exemplo, um ajuste linear não é mais do que encontrar e , sendo o erro do ajuste determinado pela norma do vector diferença das duas funções

Não pude deixar de me alongar um pouco neste assunto, mas espero que esta unificação de conceitos vos traga tanto enlightenment como a mim


* Desculpem-me por falar em sinais e não em funções, mas simplesmente estou mais habituado à terminologia. Defeito profissional, se quiserem

[ampat]

De facto, interessei-me imenso pelo estudo das séries de Fourier neste semestre. O meu professor introduziu o tema de uma forma muitíssimo intuitiva com esta identificação vector-função, que acho mais interessante e esclarecedora que a apresentação como uma forma de aproximação de mínimos quadrados( o único resultado não trivial usado na prova dos teoremas de convergência pontual e uniforme das séries foi um teorema espectral ).

Tenho agora de começar a estudar transformadas de Fourier para as quais ainda só tive uma ligeira introdução numa cadeira de Laboratório. . Podias-me recomendar algum livro que explique as Transformadas dessa forma geométrica, ou outro que introduza o tema também de uma maneira intuitiva e interessante( mesmo que seja de Teoria do Sinal )?

Acho que seria interessante( e com isso ficaria, penso eu, completa a lista de Técnicas Matemáticas Básicas bastante úteis em Física) um tópico de introdução à aproximação por mínimos quadrados de uma classe de funções a dados experimentais.
Um tópico, mesmo que intuitivo, para se perceber o porquê de tentar encontrar a recta que visualmente melhor se ajusta a um conjunto de dados experimentais que se pensa possuírem uma relação linear.

[hexphreak]

Tenho agora de começar a estudar transformadas de Fourier para as quais ainda só tive uma ligeira introdução numa cadeira de Laboratório. . Podias-me recomendar algum livro que explique as Transformadas dessa forma geométrica, ou outro que introduza o tema também de uma maneira intuitiva e interessante( mesmo que seja de Teoria do Sinal )?

Devo admitir que não conheço a literatura disponível tão bem quanto desejaria Posso, no entanto, indicar-te um livro que achei muito interessante e que privilegia precisamente esta abordagem: "Teoria do Sinal e suas Aplicações", de Joaquim Azevedo et al. Está à venda na Wook, e penso que também na Fnac

Acho que seria interessante( e com isso ficaria, penso eu, completa a lista de Técnicas Matemáticas Básicas bastante úteis em Física) um tópico de introdução à aproximação por mínimos quadrados de uma classe de funções a dados experimentais.

É uma boa ideia! Infelizmente não é algo de que se fale muito na preparação olímpica, até porque as regressões são normalmente feitas "a olhómetro", mas não deixa de ser uma técnica muito útil e que vale a pena saber. Vou ver se arranjo um tempinho para adaptar alguns apontamentos aqui ao fórum

[ampat]

Obrigado. Vou ver o livro e tentar arranjar tempo para o ler.