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13.7 : 指数関数信号と正弦波信号

指数関数は、急速に上昇・下降する波形を特徴付けるのに重要です。この連続時間指数関数は、定数 a と A を使用した指数項を使用して定義されます。両方の定数が実数の場合、関数は次のように表され、

Equation1

指数関数の増加または減少を示すためにグラフで表すことができます。定数 a が純虚数の場合、結果は次のような複素指数関数になります。

Equation2

ここで、j は虚数単位、ω_0 は角周波数です。この関数は、絶対値が 1 の場合、周期的です。

連続時間正弦波信号は、周波数と時間周期で説明できます。オイラーの公式により、正弦波信号は同じ基本周期を持つ周期的な複素指数として表現できます。したがって、正弦波信号は次のように表されます。

Equation3

複素指数を使用して次のように書き換えることができます。

Equation4

同様に、複素指数関数は、すべて同じ基本周期を共有する正弦波信号で表せます。たとえば、2 つの複素指数の合計は、1 つの複素指数と 1 つの正弦波の積として表すことができます。例を次に示します。

Equation5

正弦波信号と複素指数信号はどちらも、ばねで固定された支持体に接続された質量が単振動運動を示すなど、機械システムにおけるエネルギー保存を説明するために広く使用されています。これらの信号は、そのようなシステムにおける振動動作と共鳴現象を分析するための基礎を提供します。

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Exponential FunctionSinusoidal SignalContinuous timeComplex ExponentialPeriodic FunctionEuler s RelationAngular FrequencyEnergy ConservationMechanical SystemsHarmonic MotionOscillatory BehaviorResonance Phenomena

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