如何用最简单的方式理解傅立叶变换?
你還在因?yàn)楦盗⑷~掛科而頭疼不已嗎?
傅立葉變換經(jīng)常被稱為大學(xué)的殺手課程,傅立葉變換不僅僅是一個(gè)數(shù)學(xué)工具,更是一種可以徹底顛覆一個(gè)人以前世界觀的思維模式。
但不幸的是,傅立葉變換的公式看起來(lái)太復(fù)雜了,所以很多大一新生上來(lái)就懵圈并從此對(duì)它深惡痛絕。
老實(shí)說(shuō),這么有意思的東西居然成了大學(xué)里的殺手課程,不得不歸咎于編教材的人實(shí)在是太嚴(yán)肅了。(您把教材寫(xiě)得好玩一點(diǎn)會(huì)死嗎?會(huì)死嗎?)
比如你看到下面這個(gè),你難道不會(huì)云里霧里嗎?
所以你需要有一個(gè)人用最有趣的方式進(jìn)行全面講解來(lái)解釋傅里葉變換,甚至是你給你文科生的妻子/女友講解都能聽(tīng)懂的那種。并且一定將體會(huì)到通過(guò)傅里葉分析看到世界另一個(gè)樣子時(shí)的快感。
而童哲就會(huì)告訴你如何以最簡(jiǎn)單的方式理解傅立葉,甚至可以教會(huì)你文科生的妻子/女友。比如這樣:
傅立葉出生于法國(guó),是一名浪漫的法國(guó)數(shù)學(xué)家,同時(shí)也是一名視角獨(dú)特的數(shù)學(xué)家。
1811年,傅立葉向科學(xué)院提交二次修改過(guò)后的文章《熱的傳播》,該篇文章也為傅立葉獲得了科學(xué)院大獎(jiǎng)。
傅立葉在論文中推導(dǎo)出著名的熱傳導(dǎo)方程?,并提出了傅立葉變換的基本思想。也就因?yàn)檫@個(gè)基本思想,直接造福工程界、數(shù)學(xué)界。
甚至在數(shù)學(xué)界、工程界有這么一句傳說(shuō):有一種運(yùn)算,把微積分變成加減乘除,它叫傅立葉變換。
那傅立葉變化到底怎么解決問(wèn)題的呢?
其實(shí),傅立葉變換(類似三角函數(shù)形式)的基本原理是:多個(gè)正余弦波疊加(藍(lán)色)可以用來(lái)近似任何一個(gè)原始的周期函數(shù)(紅色)。
可是,你講了這么多,我還是沒(méi)聽(tīng)懂...
既然這樣子,姑且換個(gè)說(shuō)法:
其實(shí),當(dāng)我們?nèi)ベI菜的時(shí)候,各種蔬菜都不一樣,但都能轉(zhuǎn)換成“n個(gè)1斤砝碼+m個(gè)1兩砝碼”的組合。
一下子計(jì)算就簡(jiǎn)單許多了,使得積分,微分,成了最簡(jiǎn)易的計(jì)算:加減乘除。在處理上有多方便就不用說(shuō)了……
因此,傅立葉變換在數(shù)學(xué)里面,這本身就是一種解微分方程的方法。
也正因?yàn)楦盗⑷~變換有趣的簡(jiǎn)化方式,使得傅立葉變換成為工程和物理領(lǐng)域里最重要的數(shù)學(xué)公式之一。
是不是覺(jué)得很有趣,瞬間就明晰了,如果你們聽(tīng)過(guò),就會(huì)發(fā)現(xiàn)童哲校長(zhǎng)的課就是如此有趣。童哲校長(zhǎng)是一個(gè)帥氣的少年天才。19歲以物理競(jìng)賽全省第一的成績(jī)保送至北京大學(xué),22歲通過(guò)全球僅10個(gè)名額的考試考上法國(guó)巴黎高師,在巴黎高師學(xué)習(xí)理論物理。2012年從巴黎高師畢業(yè)后,童哲被蘇黎世工業(yè)大學(xué)錄取。
童哲不僅在物理上卓有成就,也十分精通數(shù)學(xué)。2012年,童哲在人人網(wǎng)錄制小課,他搜集的資料裝滿了兩個(gè)8T的硬盤(pán),光是“科學(xué)”類的純文本資料就有188G,4個(gè)月里,他上傳的“數(shù)學(xué)小課”和“物理小課”系列擁有了1.6萬(wàn)多名學(xué)生。
童哲最早提出了“特訓(xùn)班”的概念。那時(shí),他還在學(xué)而思兼職高中物理競(jìng)賽的教育,因?yàn)闃I(yè)績(jī)非常優(yōu)秀,所以特地讓他開(kāi)辦了“線性代數(shù)兩日特訓(xùn)”,“高等數(shù)學(xué)兩日特訓(xùn)”。
在那時(shí),童哲的講課風(fēng)格就很明確了:他的“兩日特訓(xùn)”,并不是“兩日速成”。
他盡可能的把繁雜、細(xì)節(jié)的東西剔除掉,挑出主干,適當(dāng)擴(kuò)展,以最容易讓人理解的方式,快速講述,在高強(qiáng)度的特訓(xùn)中讓人把握主要脈絡(luò),并有一定的理解。
當(dāng)時(shí)大獲成功,并不是成功在“花了兩天學(xué)會(huì)了高等數(shù)學(xué)誒,好高興呢。”
而是看完特訓(xùn)班,再自學(xué)高等數(shù)學(xué)的時(shí)候,真的不那么費(fèi)力了,不再枯燥了,開(kāi)始變得有趣了。
童哲與中科院院士朱清時(shí)合影,
朱老對(duì)童哲的授課方式深表贊同
對(duì)于一名大學(xué)生,這樣的轉(zhuǎn)變,只需要兩天的課程量,是值得的。
而這次童哲校長(zhǎng)還特地開(kāi)設(shè)了《傅立葉變換、拉普拉斯變換與小波變換》,幫助大家迅速掌握傅立葉變換。
很多人會(huì)說(shuō),大學(xué)就有傅立葉課程,為什么還要去額外學(xué)習(xí)。
老實(shí)說(shuō),數(shù)學(xué)工具對(duì)于工科生和對(duì)于理科生來(lái)說(shuō),意義是完全不同的。工科生只要理解了,會(huì)用,會(huì)查,就足夠了。但是很多高校卻將這些重要的數(shù)學(xué)課程教給數(shù)學(xué)系的老師去教。這樣就出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題,數(shù)學(xué)老師講得天花亂墜,又是推理又是證明,但是學(xué)生心里就只有一句話:學(xué)這貨到底干嘛用的?
缺少了目標(biāo)的教育是徹底的失敗。
在開(kāi)始學(xué)習(xí)一門數(shù)學(xué)工具的時(shí)候,學(xué)生完全不知道這個(gè)工具的作用,現(xiàn)實(shí)涵義。而教材上有只有晦澀難懂,定語(yǔ)就二十幾個(gè)字的概念以及看了就眼暈的公式。能學(xué)出興趣來(lái)就怪了!
關(guān)于傅立葉變換,無(wú)論是書(shū)本還是在網(wǎng)上可以很容易找到關(guān)于傅立葉變換的描述,但是大都是些故弄玄虛的文章,太過(guò)抽象,盡是一些讓人看了就望而生畏的公式的羅列。
而童哲的課程則不同,首先他會(huì)明確學(xué)習(xí)這門課程的意義,由哪個(gè)知識(shí)點(diǎn)切入,讓學(xué)生知道自己學(xué)習(xí)的某種知識(shí)在現(xiàn)實(shí)中扮演的角色。然后再?gòu)幕A(chǔ)講起,梳理知識(shí)樹(shù),直到延伸到另一條線索中提出的問(wèn)題,完美的銜接在一起!
再通過(guò)幽默淺顯的方式講授出來(lái),“有趣、有料、有意義”是童哲講課最大的特點(diǎn)。
他會(huì)把內(nèi)容由淺入深、全方位掰開(kāi)料揉碎了慢慢地注入你的腦子,讓你在不知不覺(jué)當(dāng)中就已經(jīng)去接受、了解、掌握這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。
這樣的教學(xué)模式,我想才是大學(xué)里應(yīng)該出現(xiàn)的。
而且即使你的傅立葉學(xué)的再好,我也相信你可以在童哲的課程里發(fā)現(xiàn)新的內(nèi)容、找到新的角度。
童哲的《傅立葉變換、拉普拉斯變換與小波變換》除了讓大家全方面掌握傅立葉變換,還由此延伸,幫助大家了解拉普拉斯變換與小波變換。舉一反三。
我相信大家在看完這套課程以后一定會(huì)大有收獲。
如果你想要補(bǔ)習(xí)這樣的課程,或許需要上千的補(bǔ)習(xí)費(fèi)用,但是我們限時(shí)免費(fèi),讓大家可以免費(fèi)學(xué)習(xí)。課程目錄如下:
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的如何用最简单的方式理解傅立叶变换?的全部?jī)?nèi)容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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