Fourier transform of function is:
f ^ ( k ) = 1 2 π ∫ − ∞ ∞ d x e i k x f ( x ) \hat{f}(k) = \frac{1}{\sqrt{2\pi}}\int_{-\infty}^{\infty} dx\, e^{ikx}f(x) f ^ ( k ) = 2 π 1 ∫ − ∞ ∞ d x e ik x f ( x )
and integral representation of Dirac delta-function is
δ ( x ) = 1 2 π ∫ − ∞ ∞ e i k x d k \delta(x)=\frac{1}{2\pi}\int_{-\infty}^{\infty}e^{ikx}\, dk δ ( x ) = 2 π 1 ∫ − ∞ ∞ e ik x d k
a)
f ( x ) = cos ( x ) f ^ ( k ) = 1 2 π ∫ − ∞ ∞ d x e i k x cos ( x ) = 1 2 π ∫ − ∞ ∞ d x e i k x e i x + e − i x 2 = π 2 δ ( k − 1 ) + π 2 δ ( k + 1 ) f(x)= \cos(x)\\
\hat{f}(k) = \frac{1}{\sqrt{2\pi}}\int_{-\infty}^{\infty} dx\, e^{ikx}\cos(x) = \frac{1}{\sqrt{2\pi}}\int_{-\infty}^{\infty}dx\, e^{ikx}\frac{e^{ix}+e^{-ix}}{2}=\\
\sqrt{\frac{\pi}{2}}\delta(k-1)+\sqrt{\frac{\pi}{2}}\delta(k+1) f ( x ) = cos ( x ) f ^ ( k ) = 2 π 1 ∫ − ∞ ∞ d x e ik x cos ( x ) = 2 π 1 ∫ − ∞ ∞ d x e ik x 2 e i x + e − i x = 2 π δ ( k − 1 ) + 2 π δ ( k + 1 )
b)
f ( x ) = sin ( x ) f ^ ( k ) = 1 2 π ∫ − ∞ ∞ d x e i k x sin ( x ) = 1 2 π ∫ − ∞ ∞ d x e i k x e i x − e − i x 2 i = i π 2 δ ( k − 1 ) − i π 2 δ ( k + 1 ) f(x)= \sin(x)\\
\hat{f}(k) = \frac{1}{\sqrt{2\pi}}\int_{-\infty}^{\infty} dx\, e^{ikx}\sin(x) = \frac{1}{\sqrt{2\pi}}\int_{-\infty}^{\infty}dx\, e^{ikx}\frac{e^{ix}-e^{-ix}}{2i}=\\
i\sqrt{\frac{\pi}{2}}\delta(k-1)-i\sqrt{\frac{\pi}{2}}\delta(k+1) f ( x ) = sin ( x ) f ^ ( k ) = 2 π 1 ∫ − ∞ ∞ d x e ik x sin ( x ) = 2 π 1 ∫ − ∞ ∞ d x e ik x 2 i e i x − e − i x = i 2 π δ ( k − 1 ) − i 2 π δ ( k + 1 )
c)
f ( x ) = e i a x f ^ ( k ) = 1 2 π ∫ − ∞ ∞ d x e i k x e i a x = = 1 2 π ∫ − ∞ ∞ d x e i ( k + a ) x = 2 π δ ( k + a ) f(x)= e^{iax}\\
\hat{f}(k) = \frac{1}{\sqrt{2\pi}}\int_{-\infty}^{\infty} dx\, e^{ikx}e^{iax} =\\
=\frac{1}{\sqrt{2\pi}}\int_{-\infty}^{\infty} dx\, e^{i(k+a)x} = \sqrt{2\pi}\delta(k+a) f ( x ) = e ia x f ^ ( k ) = 2 π 1 ∫ − ∞ ∞ d x e ik x e ia x = = 2 π 1 ∫ − ∞ ∞ d x e i ( k + a ) x = 2 π δ ( k + a )
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