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2016-04-20 12:46:52
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아마 함수를 처음 배울 때 상자의 비유를 많이 하는데, 숫자가 들어가면 다른 숫자가 나오게 되지요.
이 상자 개념을 약간 확장한 것이 함수이고 (한자로 함수는 상자 & 수 를 의미하지요) 조금 더 확장한 것을 Mapping (사상) 이라고 합니다.
푸리에 및 라플라스 변환은 모두 일종의 mapping 으로, 함수가 들어가면 새로운 함수가 튀어나오는 mapping 입니다.
이때, 정의역은 시간의 함수로, signal(신호) 라고 부르기도 합니다. f(t) 라고 생각합시다.
변환의 결과는 푸리에의 경우 주파수 w 의 함수로 나타나게 됩니다. f hat (w) 라고 f 위에 ^ 를 씌운 모양으로 많이 씁니다.
라플라스 변환의 경우 s 라는 복소수 변수의 함수가 등장하게 됩니다. F(s) 로 표현하지요.
왜 친숙한 실수 시간 t 를 냅두고 주파수나 머리아픈 복소수를 데려올까요?
시간의 함수 f(t) 에 관하여 분석하거나, 문제를 풀 때 바로는 풀기가 너무 복잡한 경우, 적절하게 함수를 변환하면 원래 f 의 속성을 더 쉽게 확인하거나 문제를 쉽게 풀 수도 있기 때문입니다.
푸리에 변환의 경우 주파수라는 말에서 알 수 있듯이 주기적인 신호의 주파수 분석에 큰 장점이 있습니다. 주파수 축에서는 에너지를 쉽게 계산할 수도 있고, 신호의 특성상 주파수가 변할 수가 있는데 시간축에서는 0부터 무한대 까지 모두 서로 다른 영향이 들어가지만 푸리에 변환 시 간단하게 표현이 됩니다.
라플라스 변환의 경우 Dynamic system 동역학 문제를 풀 때 많이 응용됩니다. 미분/적분이 s 를 곱하거나 나누는 것으로 바뀌고, 컨볼루션 이라는 연산이 곱셈으로 바뀝니다. 이 두가지 특성 때문에 미분방정식을 라플라스변환한 후 간단한 방정식을 풀어주고 다시 역변환해주면 time domain 에서보다 훨씬 쉽게 미분방정식을 풀 수 있습니다.
푸리에 변환이나 라플라스 변환의 정의를 찾아보셨다면, 익스포넨셜, 파이, 무한대에 적분까지 뭐 보기 싫은 기호는 다 모아둔 식을 찾으실 텐데요,
아마도 그걸 외우실 일은 거의 없을 것 같습니다. 제가 9급 공부는 안해봐서 모르나, 저걸 외워서 그대로 쓰라고 하는 문제가 아닌 이상은;;
다만 대표적인 함수들의 변환 결과는 변환표가 있으니 외워두시는 것이 좋습니다.