Records of Infinite Period and the Fourier Integral

Except for Tables 1 and .2, our examples thus far have dealt with time series (composite waves) that have finite periods. Finite wave periods in fact are the basis of the whole idea of the Fourier series. Unfortunately, real-world datasets in the time domain often don't show finite periods (noticeable periodicity). Consequently, we wouldn't know (on a theoretical basis) whether Fourier analysis could be applied. Mathematicians had to figure out some way around that problem. It turned out that the Fourier-related idea of decomposing any observed record into constituent waves and into a frequency spectrum is still viable. The conceptual solution was to let the period become infinitely long. An "infinitely long period" merely means that the period doesn't repeat itself within the range of the data. That relaxation led to an extension or more general expression of the Fourier series, called the Fourier integral. In practice, people use the Fourier integral instead of the Fourier series (Jenkins & Watts 1968: 24-5).
An integral in general is just the sum obtained by adding together a group of separate elements. A Fourier integral is a mathematical operation that decomposes a time series into sinusoidal components at all frequencies and combines the variances thus obtained into a continuous distribution of variances. To imagine building such a continuous distribution, think of the horizontal spacing between discrete frequencies on a periodogram becoming smaller and smaller. In the limit, frequency spacing becomes infinitesimal. As that happens, wave period (the inverse of frequency) goes to infinity. Also, the distribution of frequencies becomes continuous rather than discrete. When those two events occur—wave period reaching infinity and spacing between successive harmonics or frequencies becoming infinitesimal—the Fourier series turns into an integration of variances over the full range of frequencies. In other words, the Fourier series becomes a Fourier integral. Thus, both the Fourier series and Fourier integral are ways of representing a time series in terms of linear combinations (sums) of sines and cosines. The Fourier series theoretically applies to finite-period time series, whereas the Fourier integral applies to any time series. Hence, the Fourier series is really a special case of the Fourier integral.

Table 1: Hypothetical time-series data.

Table 2: Fourier analysis of data of Table 1.

Using the Fourier integral requires a mathematical equation describing the observed time series. Real-world data can have many patterns or functions. Therefore, many variations of the general Fourier integral are possible. Engineering textbooks tabulate the more common variations, but it's well nigh impossible to write an equation describing many time series (especially for the kind of data I usually seem to get). In such cases, there's no way at all to use the Fourier integral. Another practical disadvantage is that the integral applies to continuous data, whereas chaos can also deal with discrete data. For these reasons, the Fourier integral in its pure form is rarely used in chaos analysis.
In practice, people determine the Fourier coefficients and power spectrum by either of two practical variations of the Fourier integral. One variation or method is the Fourier transform of the autocorrelation function, the other the discrete Fourier transform. (Don't be impressed by the fancy-sounding names.) Both techniques break a time series into a sum of sinusoidal components. Both of them achieve their mutual and singular purpose of transforming time-domain data to a frequency-domain counterpart. The frequency-domain spectrum they produce is continuous rather than discrete. Here's a brief rundown of those two techniques.

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

جمعية كشافة الكفيل: المجالس الحسينية تعلّم الفتية قيم نهضة الإمام الحسين (عليه السلام)

عَبرَ المجالس الحسينية.. المجمَع العلمي يقدّم محاضرات دينية وتلاوات قرآنية في بغداد والنجف وميسان

برعاية العتبة العباسية المقدسة.. موكب قناديل السماء يُحيي مراسم اليوم الثالث عشر من المحرّم

بعد انتهاء مراسم ذكرى دفن الأجساد الطاهرة قسم رعاية الصحن يباشر بحملة تنظيف واسعة لصحن مرقد أبي الفضل العباس (عليه السلام)

المزيد

الآخبار الصحية

اختراق علمي.. دواء يؤخر ظهور السكري من النوع الأول لسنوات

هذا ما يحدث لجسمك إن أهملت نظافة فراشك

لماذا تعتبر النساء أكثر عرضة للإصابة بألزهايمر من الرجال؟

لماذا يحذر الخبراء من الإفراط في تناول الفراولة؟

المزيد

الآخبار التكنلوجية

السيارات الكهربائية أنظف بنسبة 73% من سيارات الوقود

سيارة لوسِد الكهربائية تدخل "غينيس" بأطول مدى في العالم

نظرية جديدة تنسف كل ما نعرفه عن تشكل أول قارة في الأرض

منذ 37 ألف عام.. دراسة تكشف "أقدم أمراض" أصابت البشر

المزيد

مواضيع ذات صلة

سلسلة تصادمات (سلسلة التصادمات ونقل الزخم: من لعبة نيوتن إلى إصابات الرأس)

زمن التعلق في الهواء في كرة السلة والباليه (تحليل حركة مركز الكتلة والخداع البصري في زمن التعلق الظاهري خلال القفز في كرة السلة والباليه)

القفز العالي والقفز الطويل (تحليل فيزيائي لحركات القفز العالي والطويل: تطبيقات الميكانيكا في الرياضة)

أنظمة لأكثر من جسيم واحد

كمية التحرك الزاوية والقوة المركزية

الحركة الدورانية

امثلة عن الاتزان الاستاتيكي للأجسام الممتدة

الاتزان الاستاتيكي للأجسام الممتدة

تعريف العزم

تذبذبات صغيرة لبندول

اعتبارات الطاقة في الحركة التوافقية البسيطة

الحل الهندسي للمعادلة التفاضلية للحركة التوافقية البسيطة، دائرة المرجع