Analyse harmonique
M. Samuelides, L. Touzillier
Cépaduès-éditions
Préface9
I. Exemples d'application11
1. La transformée de Fourier matricielle11
1.1. Diagonalisation du décalage11
1.2. Application à l'opérateur aux différences finies12
1.3. Transformée de Fourier rapide13
2. La transformée de Fourier finie14
2.1. Représentation du groupe par des translations14
2.2. Recherche des vecteurs propres16
2.3. Développement de Fourier18
2.4. Exercices19
3. Cas des séries de Fourier20
3.1. Fonctions périodiques20
3.2. Théorème de convergence uniforme21
3.3. Théorème de Dirichlet (thème d'étude)26
4. Applications physiques27
4.1. L'équation d'une corde vibrante27
4.2. Équation de la chaleur32
II. Cadre général37
1. Généralités38
1.1. Cadre général à diverses applications38
1.2. Définition d'un GLCA39
1.3. Groupe quotient, modèle des phénomènes périodiques40
1.4. Mesure invariante43
2. Translations46
2.1. Rappels d'analyse fonctionnelle46
2.2. Définition des opérateurs de translation48
3. Groupe dual51
3.1. Diagonalisation des translations51
3.2. Définition du groupe dual51
3.3. Exemples52
3.4. Conclusion54
4. Application à l'étude d'un solide cristallin55
4.1. Réseaux cristallins55
4.2. Décomposition de Bloch (exercice)57
4.3. Résultats physiques59
III. Convolution61
1. Rappels sur l'intégrale vectorielle63
2. Opérateur de convolution66
3. Convolution des mesures bornées69
3.1. Généralisation de la convolution69
3.2. Définition de la convolution de deux mesures bornées70
3.3. Propriétés de la convolution des mesures bornées71
3.4. Remarque sur les deux définitions72
4. Unités approchées73
4.1. Introduction de la "fonction" de Dirac73
4.2. Définition d'une suite unité approchée74
4.3. Approximation faible de delta75
4.4. Propriété d'unité approchée de convolution76
4.5. Propriété d'approximation opérateur76
4.6. Application aux séries de Fourier76
Phénomène de Gibbs (problème)77
Théorème de Féjer (problème)78
5. Convolution et régularisation79
5.1. Convolution et dérivation79
5.2. Régularisation sur R (problème)80
6. Application à l'étude des systèmes stationnaires81
6.1. Cadre d'application physique81
6.2. Cas des signaux échantillonnés83
6.3. Cas des signaux analogiques84
IV. Transformée de Fourier87
1. Étude formelle de la transformée de Fourier89
1.1. Rappels de notations89
1.2. Définition de la transformation de Fourier89
1.3. Continuité de la transformée de Fourier90
1.4. Translation et convolution91
2. Transformée de Fourier d'une fonction intégrale92
2.1. Cas discret et cas continu92
2.2. Exemples d'intégrales de Fourier93
2.3. Lemme de Riemann96
2.4. Dérivation et transformée de Fourier (G = R, R/Z)97
2.5. Les fonctions régulières à décroissance rapide (problème)99
2.6. Théorème de Dirichlet (problème)100
2.7. Forme particulière du théorème d'inversion (problème)100
3. Transformation de Fourier à plusieurs variables101
3.1. Rappels et adaptation des résultats précédents101
3.2. Propriétés spatiales de la transformée de Fourier103
3.3. Coordonnées polaires105
4. L'équation de la chaleur sur un conducteur illimité107
4.1. Irréversibilité et unicité107
4.2. Étude de l'évolution108
4.3. Extraits commentés de l'oeuvre de Fourier109
V. Synthèse harmonique121
1. Introduction122
2. Formule d'inversion de Fourier124
2.1. Énoncé du problème124
2.2. Lemme algébrique127
2.3. Prolongement par densité127
2.4. Transformée de Fourier des mesures bornées128
2.5. Conditions d'application129
3. Isomorphisme hilbertien et dualité130
3.1. Formule de Plancherel130
3.2. Isomorphisme de Fourier-Plancherel131
3.3. Autodualité134
4. Introduction à la théorie du signal136
4.1. Représentation d'un signal en fréquence136
4.2. Fonction de type positif139
4.3. Densité spectrale d'énergie. Fonction d'autocorrélation140
4.4. Réponse harmonique d'un filtre142
4.5. Échantillonnage d'un signal (problème)143
VI. Distributions tempérées145
1. Théorie générale146
1.1. Topologie sur S(Rn) et transformation de Fourier146
1.2. Transformation de Fourier des distributions tempérées150
1.3. Dérivée d'une distribution tempérée153
1.4. Caractérisation par croissance lente d'une distribution tempérée154
2. Distributions à support compact158
2.1. Transformation de Fourier158
2.2. Convolution et dérivation160
2.3. S comme domaine de convolution164
2.4. S' comme domaine de convolution165
2.5. Application: la transformation de Hilbert (problème)166
3. Distributions périodiques168
3.1. Définition et exemples fondamentaux168
3.2. Valeur moyenne sur une période170
3.3. Retour sur les fonctions périodiques et le peigne de Dirac172
3.4. Spectre de raies des distributions périodiques175
3.5. Application à l'échantillonnage (problème)179
3.6. Temps de montée d'un signal à spectre borné (problème)180
VII. Transformation de Laplace183
1. Transformation des fonctions189
1.1. Définitions189
1.2. Caractérisation191
1.3. Holomorphie191
1.4. Propriétés élémentaires192
2. Calcul symbolique193
2.1. Convolution des distributions causales193
2.2. Calcul symbolique196
2.3. Causalité200
2.4. Transformée de Laplace des distributions causales201
3. Théorème d'inversion206
3.1. Comportement à l'infini de la transformée de Laplace206
3.2. Théorème d'inversion complexe207
3.3. Calcul d'originaux par inversion complexe. Utilisation du contour de Bromwich (exercice)210
4. Comparaison des transformées de Laplace et de Fourier211
4.1. Cas d'une fonction intégrable211
4.2. Cas des fonctions à croissance lente212
4.3. Cas des fonctions à spectre borné213
5. Notions sur les fonctions de transfert et la stabilité des systèmes213
5.1. Fonctions de transfert213
5.2. Représentation en temps. État d'un système217
5.3. Réponses libres et réponses forcées - Stabilité218
Bibliographie221
Index223