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在讨论系统变换时,有一类重要的函數,就是 $\delta$ 函数,也称作狄拉克 $\delta$ 函数。我们对于 $\delta$ 函数应该不陌生,它经常被用来表示点源。 $\delta$ 函数在零点具有奇异性:
$\delta(x) = \left\{
\begin{array}{ll}
+\infty & \text{if } x = 0,\\
0 & \text{if } x \neq 0.
\end{array} \right.$
在实际应用中,只有把它放在积分里才有物理意义。 $\delta$ 函数的积分值是确定的:
$\int_{-\infty}^{\infty}\delta(x)\,\mathrm{d} x = 1.$
$\delta$ 函数有很多重要的性质,这里只列出一些最基本的:
$\delta(-x)=\delta(x),$
$x\delta(x)=0,$
$\delta\left(\frac{x}{a}\right)=|a|\delta(x),$
$\int_{-\infty}^{\infty}f(x)\delta(x)\,\mathrm{d}x = f(0)$
从上面最后一个公式我们可以得到 $\delta$ 函数的一个重要性质:
$\int_{-\infty}^{\infty}f(\xi)\delta(\xi-x)\,\mathrm{d} \xi = f(x).$
以上公式经常被称作 $\delta$ 函数的 sifting 特性,直译作筛选特性。我们可以这样理解:任意函数 $f(x)$ 可以看作是无穷多经过一段平移之后的 $\delta$ 函数的叠加,而每个 $\delta$ 函数的权重因子就是函数 $f(x)$ 本身。后面我们会看到,这个性质将在线性系统中得到非常重要的应用。
还有一类和 $\delta$ 函数关系密切的函数,称作 comb 函数。这个函数是一系列分立的 $\delta$ 函数的叠加(如下图(a)):
$\operatorname{comb}(x)=\sum_{n=-\infty}^{\infty}\delta(x-n).$
comb 函数的用途很广。实际中物理量的测量总是要离散采样的。如果一个信号函数 $f(x)$ 和 comb 函数相乘,得到的恰好就是均匀采样条件下的样本分布,参见下图(b)。
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