12. Teorema Inversi Fourier dan Transformasi Fourier di L 2 (R)

dokumen-dokumen yang mirip
10. Transformasi Fourier

7. Transformasi Fourier

13. Aplikasi Transformasi Fourier

11. Konvolusi. Misalkan f dan g fungsi yang terdefinisi pada R. Konvolusi dari f dan g adalah fungsi f g yang didefinisikan sebagai.

Fourier Analysis & Its Applications in PDEs - Part I

17. Transformasi Wavelet Kontinu dan Frame

Fourier Analysis & Its Applications in PDEs - Part II

16. Analisis Multi Resolusi

11. FUNGSI MONOTON (DAN FUNGSI KONVEKS)

MA5031 Analisis Real Lanjut Semester I, Tahun 2015/2016. Hendra Gunawan

0. Pendahuluan. 0.1 Notasi dan istilah, bilangan kompleks

MA3231 Analisis Real

4. Deret Fourier pada Interval Sebarang dan Aplikasi

3. Kekonvergenan Deret Fourier

UJI KONVERGENSI. Januari Tim Dosen Kalkulus 2 TPB ITK

8. Deret Fourier yang Diperumum dan Hampiran Terbaik di L 2 (a, b)

BAGIAN KEDUA. Fungsi, Limit dan Kekontinuan, Turunan

MA3231 Analisis Real

BAB V KEKONVERGENAN BARISAN PADA DAN KETERKAITAN DENGAN. Pada subbab 4.1 telah dibahas beberapa sifat dasar yang berlaku pada koleksi

DASAR-DASAR ANALISIS MATEMATIKA

ANALISIS REAL. (Semester I Tahun ) Hendra Gunawan. October 3, Dosen FMIPA - ITB

MA5031 Analisis Real Lanjut Semester I, Tahun 2015/2016. Hendra Gunawan

Memahami definisi barisan tak hingga dan deret tak hingga, dan juga dapat menentukan

MA5031 Analisis Real Lanjut Semester I, Tahun 2015/2016. Hendra Gunawan

MA1201 KALKULUS 2A Do maths and you see the world

Barisan dan Deret Agus Yodi Gunawan

Analisis Riil II: Diferensiasi

MA5031 Analisis Real Lanjut Semester I, Tahun 2015/2016. Hendra Gunawan

Hendra Gunawan. KK Analisis & Geometri FMIPA-ITB. Bandung, Maret 2001 [Edisi Revisi II: Mei 2014]

MA3231. Pengantar Analisis Real. Hendra Gunawan, Ph.D. Semester II, Tahun

16. BARISAN FUNGSI Barisan Fungsi dan Kekonvergenan Titik Demi Titik

DERET TAK HINGGA. Contoh deret tak hingga :,,, atau. Barisan jumlah parsial, dengan. Definisi Deret tak hingga,

4. Deret Fourier pada Interval Sebarang dan Aplikasi

MA3231 Analisis Real

MA5031 Analisis Real Lanjut Semester I, Tahun 2015/2016. Hendra Gunawan

BAB III INTEGRAL LEBESGUE. Pada bab sebelumnya telah disebutkan bahwa ruang dibangun oleh

Analisis Fourier dan Wavelet

KALKULUS BAB II FUNGSI, LIMIT, DAN KEKONTINUAN. DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA Universitas Indonesia

BAB I PENDAHULUAN. Integral Lebesgue merupakan suatu perluasan dari integral Riemann.

Keterbatasan Operator Riesz di Ruang Morrey

METODE GARIS SINGGUNG DALAM MENENTUKAN HAMPIRAN INTEGRAL TENTU SUATU FUNGSI PADA SELANG TERTUTUP [, ]

MINGGU KE-6 VARIABEL RANDOM DAN DISTRIBUSINYA

BAB V DUALITAS RUANG ORLICZ

BAB VI LIMIT FUNGSI. 6.1 Definisi. A R. Titik c R adalah titik limit dari A, jika untuk setiap persekitaran-δ dari c,

BAB 4 KEKONSISTENAN PENDUGA DARI FUNGSI SEBARAN DAN FUNGSI KEPEKATAN WAKTU TUNGGU DARI PROSES POISSON PERIODIK DENGAN TREN FUNGSI PANGKAT

Catatan Kuliah KALKULUS II BAB V. INTEGRAL

MA5031 Analisis Real Lanjut Semester I, Tahun 2015/2016. Hendra Gunawan

Hendra Gunawan. 25 September 2013

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

II. TINJAUAN PUSTAKA. dan Integral Bawah Darboux, Integral Darboux, Teorema Bolzano Weierstrass,

Catatan Kuliah MA1123 Kalkulus Elementer I

MA3231 Analisis Real

TERAPAN INTEGRAL. Bogor, Departemen Matematika FMIPA IPB. (Departemen Matematika FMIPA IPB) Kalkulus I Bogor, / 22

Pembahasan Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN)

Bab 16. LIMIT dan TURUNAN. Motivasi. Limit Fungsi. Fungsi Turunan. Matematika SMK, Bab 16: Limit dan Turunan 1/35

MA3081 STATISTIKA MATEMATIKA We love Statistics

TINJAUAN PUSTAKA. Dalam bab ini akan dibahas beberapa konsep mendasar meliputi ruang vektor,

BAB III PEMBAHASAN. Bab III terbagi menjadi tiga sub-bab, yaitu sub-bab A, sub-bab B, dan subbab

DASAR-DASAR TEORI RUANG HILBERT

3 LIMIT DAN KEKONTINUAN

LUAS DAERAH DI BAWAH KURVA SUATU FUNGSI

9. Teori Aproksimasi

Pengantar Statistika Matematik(a)

F. RANCANGAN KEGIATAN BELAJAR MENGAJAR

Catatan Kuliah MA1123 KALKULUS ELEMENTER I BAB III. TURUNAN

BAB IV SEBARAN ASIMTOTIK PENDUGA TURUNAN PERTAMA DAN KEDUA DARI KOMPONEN PERIODIK FUNGSI INTENSITAS PROSES POISSON PERIODIK DENGAN TREN LINEAR

Karena deret tersebut konvergen pada garis luarnya, kita dapat menukar orde integrasi dan penjumlahan pada ruas kanan.

MA5031 Analisis Real Lanjut Semester I, Tahun 2015/2016. Hendra Gunawan

MAKALAH MATEMATIKA DASAR TURUNAN (DIFERENSIAL)

MA1201 KALKULUS 2A (Kelas 10) Bab 8: Bentuk Tak Tentu d

10. TEOREMA NILAI RATA-RATA

log2 PEMBAHASAN SOAL TRY OUT = = 2 1 = 27 8 = 19 Jawaban : C = = = 2( 15 10) Jawaban : B . 4. log3 1 2 (1) .

PENGANTAR ANALISIS FUNGSIONAL

DASAR-DASAR ANALISIS MATEMATIKA

5.1 Fungsi periodik, fungsi genap, fungsi ganjil

BAB III Diferensial. Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia

ANALISIS REAL 2 SUMANANG MUHTAR GOZALI KBK ANALISIS

KUANTOR KHUSUS (Minggu ke-8)

BAB III KEKONVERGENAN LEMAH

II. LANDASAN TEORI ( ) =

asimtot.wordpress.com BAB I PENDAHULUAN

6. Himpunan Fungsi Ortogonal

LIMIT DAN KEKONTINUAN

Matematika

FUNGSI KONTINU. sedemikian sehingga jika x adalah titik dari A (c), maka f (x) berada pada Vg (f (c)). (Lihat Gambar 5.1.1).

BAB III FUNGSI YOUNG DAN KOMPLEMEN YOUNG

SYARAT DIRICHLET. 1, 1 < t < 0

, maka., maka 1 = 1 +1 <3 1 < = 10 3 =1

TINJAUAN PUSTAKA. Ruang metrik merupakan ruang abstrak, yaitu ruang yang dibangun oleh

BAB II DASAR TEORI. Di dalam BAB II ini akan dibahas materi yang menjadi dasar teori pada

TURUNAN, EKSTRIM, BELOK, MINIMUM DAN MAKSIMUM

BAB III SUB BARISAN DAN TEOREMA BOLZANO-WEIERSTRASS

tidak terdefinisi ketika x = 1, tetapi dapat kita peroleh

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

MA5032 ANALISIS REAL

Daftar Isi 3. BARISAN ANALISIS REAL. (Semester I Tahun ) Hendra Gunawan. Dosen FMIPA - ITB

KALKULUS MULTIVARIABEL II

Turunan Fungsi Aljabar. , karena melengkung maka

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

MA2111 PENGANTAR MATEMATIKA Semester I, Tahun 2015/2016. Hendra Gunawan

Transkripsi:

1. Teorema Inversi Fourier dan Transformasi Fourier di L (R) 1.1 Teorema Inversi Fourier Dari hasil hitung-hitungan kasar di awal bagian ke-10, kita ingin membuktikan bahwa, dalam kondisi tertentu, kita mempunyai f(x) = 1 f(ξ)e iξx dξ = ( f)ˇ(x), untuk (hampir) setiap x R. Melalui kesamaan inilah kita dapat memperoleh f kembali dari f. Tetapi kapankah kesamaan ini berlaku? Teorema Inversi Fourier. Misalkan f L 1, kontinu bagian demi bagian, dan f L 1. Maka f kontinu dan untuk setiap x R. f(x) = 1 f(ξ)e iξx dξ, Bukti. Misalkan ϕ(x) := 1 e x / dan ϕ ϵ (x) := 1 ϵ ϕ( ) x ϵ. Maka ϕ(x) dx = 1, sehingga menurut teorema yang lalu, f ϕ ϵ (x) 1 [f(x )+f(x+)] untuk setiap x R. Selanjutnya akan ditunjukkan bahwa f ϕ ϵ (x) 1 f(ξ)e iξx dξ untuk setiap x R. Untuk itu, perhatikan bahwa untuk setiap x R mengingat f ϕ ϵ (x) = 1 ϵ e 1 f(y)e 1 ( x y ) ϵ dy = 1 ( x y ) ϵ = ϵ F ( e ϵ ξ ) ϵ (y x) = f(ξ)e iξx e ϵ ξ dξ, e ϵ ξ e iξ(x y) dξ. Sekarang jika ϵ 0, maka e ϵ ξ 1; sehingga f(ξ)e iξx e ϵ ξ f(ξ)e iξx untuk setiap ξ R. Selain itu, untuk setiap ϵ > 0, kita mempunyai f(ξ)e iξx e ϵ ξ f(ξ), 55

untuk setiap ξ R. Karena f L 1, maka menurut Teorema Kekonvergenan Terdominasi Lebesgue, f ϕ ϵ (x) 1 f(x)e iξx dξ, dan ini berlaku untuk setiap x R. Jadi, karena limit itu tunggal, kita peroleh 1 f(x)e iξx dξ = 1 [f(x ) + f(x+)]. Namun, integral di ruas kiri tak lain adalah transformasi Fourier dari f yang dihitung di x. Karena itu ia merupakan fungsi yang kontinu, sehingga f mestilah kontinu dan f(x) = 1 1 [f(x ) + f(x+)] = sebagaimana yang diharapkan. (QED) f(ξ)e iξx dx, Akibat. Misal f, g L 1 dengan f, ĝ L 1. Jika f = ĝ, maka f = g. Bukti. Jika f = ĝ, maka (f g) = 0. Akibatnya, (f g)(x) = 1 untuk setiap x R. (QED) (f g) (ξ)e iξx dξ = 0 dξ = 0, Catatan. (1) Teorema Inversi Fourier memberitahu kita bahwa transformasi Fourier mempunyai invers, yang kita sebut transformasi Fourier invers. Jika transformasi Fourier kita lambangkan dengan F, maka transformasi Fourier invers dilambangkan dengan F 1. Jadi, jika Ff = f, maka f = F 1 f = ( f)ˇ. () Terdapat banyak fungsi f L 1 yang mempunyai transformasi Fourier f di L 1. Sebagai contoh, jika f ada, f dan f terintegralkan, maka (f ) (ξ) = ξ f(ξ) terbatas, sehingga f(ξ) C 1+ξ dan karena itu f L 1. Perhatikan pula bahwa dalam hal ini f dan f terbatas dan kontinu, sehingga keduanya merupakan fungsi di L. Teorema berikut menyatakan bahwa fungsi f dapat diperoleh kembali dari transformasi Fourier invers via nilai utama-nya. Teorema. Jika f terintegralkan dan mulus bagian demi bagian pada R, maka lim T 1 T T f(ξ)e iξx dξ = 1 [f(x ) + f(x+)], 56

untuk setiap x R. Bukti. Lihat Folland, hal. 0-1. 1. Transformasi Fourier di L Kita telah membahas transformasi Fourier di L 1, namun, berdasarkan pengalaman dengan deret Fourier, ruang L semestinya berperan juga. Perhatikan jika f, g L 1 L sedemikian sehingga f, ĝ L 1 L, maka f, g = f(x)g(x) dx = f(x)e iξx ĝ(ξ)dxdξ = f(ξ)ĝ(ξ) dξ = f, ĝ. Khususnya, jika f = g, maka kita peroleh kesamaan Plancherel f = f. Dengan menggunakan fakta bahwa L 1 L padat di L, transformasi Fourier dari fungsi f L dapat didefinisikan sebagai limit dari suatu barisan f n (dalam norm L ), dengan f n L 1 L dan f n f (n ) dalam norm L. Semua ini dapat dilakukan sebagaimana dijamin oleh teorema berikut: Teorema. Misalkan f L. Untuk n N, definisikan f n = χ [,n] f, yakni { f(x), jika x n, f n (x) = 0, jika x > n. Maka, f n L 1 L dan f n L, untuk setiap n N. Lebih jauh, f n f (n ) dalam norm L dan ( f n ) konvergen (dalam norma L ) ke suatu fungsi di L. Bukti. Menurut ketaksamaan Holder, untuk setiap n N, kita mempunyai n f n (x) dx = f(x) dx R [ n ] 1 [ n ] 1 f(x) dx dx f (n) 1 <. Jadi, f n L 1. Kemudian mengingat f n (x) f(x), kita peroleh pula f n L. Dengan demikian, f n L 1 L dan, menurut kesamaan Plancherel, f n L. Perhatikan bahwa f n (x) f(x) (n ) titik demi titik. Kekonvergenan Monoton, lim n f n (x) dx = 57 f(x) dx, Berdasarkan Teorema

yakni, f n f (n ) dalam norma L. Selanjutnya akan kita tunjukkan bahwa ( f n ) konvergen (dalam norma L ) ke suatu fungsi di L. Mengingat L lengkap, cukup kita tunjukkan bahwa f m f n 0 (m, n ). Namun f m f n adalah transformasi Fourier dari f m f n L 1 L. Karena itu, menurut kesamaan Plancherel, f m f [ m n ] n = f m f n = f(x) dx + f(x) dx 0, m apabila m, n. Ini mengakhiri pembuktian. (QED) Dengan pengamatan di atas, kita definisikan transformasi Fourier dari f L sebagai f = lim f n n (dalam norm L ), di mana f n = χ [,n] f, n N. Catatan. (1) Jika f L dan f n = χ [,n] f, n N, maka definisi di atas mengatakan bahwa lim n f f n = 0. Mengingat f didefinisikan hanya sebagai anggota L, fungsi f(x) hanya terdefinisi hampir di mana-mana. Selanjutnya, jika f L 1 L, maka sekarang kita mempunyai dua definisi untuk f. Namun, kedua definisi ini konsisten karena limit dalam norma L mestilah sama dengan limit titik demi titiknya. () Demikian pula, definisi di atas tidak bergantung pada pemilihan barisan fungsi (f n ) yang konvergen ke f dalam norm L. Andaikan anda menggunakan barisan fungsi (g n ) yang konvergen ke f dalam norm L dan mendefinisikan ĝ := lim n ĝ n, maka f n ĝ n = f n g n 0. Akibatnya lim f n = lim ĝn. n n Teorema (Kesamaan Plancherel). Jika f L, maka f = f. Bukti. Latihan. Teorema (Kesamaan Plancherel). Jika f, g L, maka f, ĝ = f, g. Bukti. Latihan. 58

Teorema Inversi Fourier di L. Jika f L, maka 1 n f(ξ)e iξx dξ f(x) 0 (n ). Bukti. Lihat Rudin, hal. 186-187. 1.3 Soal Latihan 1. Buktikan Kesamaan Plancherel (yang dinyatakan dalam dua teorema sebelum teorema terakhir).. Diketahui a > 0. Buktikan secara langsung bahwa F[e a x ](ξ) = a ξ +a dan kemudian degan menggunakan Teoema Inversi Fourier tunjukkan bahwa F [ 1 x +a ] (ξ) = π a e a ξ. 3. Untuk a > 0, definisikan f a (x) := a π(x +a ) f a f b = f a+b dan g a g b = g min{a,b}. dan g a(x) := sin ax πx. Buktikan bahwa 4. Misalkan f kontinu dan mulus bagian demi bagian, f L, dan f L. Buktikan bahwa f L 1. 59