题目
实指数序列x(n)=a^nu(n),a为实数,0A. (1)/(1-ae^jomega)B. (1)/(1-ae^-jomega)C. (1)/(1+ae^-jomega)D. (-1)/(1-ae^-jomega)
实指数序列$x(n)=a^nu(n)$,$a$为实数,$0< a< 1$的傅里叶变换$X(e^{j\omega})$为()。
A. $\frac{1}{1-ae^{j\omega}}$
B. $\frac{1}{1-ae^{-j\omega}}$
C. $\frac{1}{1+ae^{-j\omega}}$
D. $\frac{-1}{1-ae^{-j\omega}}$
题目解答
答案
B. $\frac{1}{1-ae^{-j\omega}}$
解析
考查要点:本题主要考查离散时间傅里叶变换(DTFT)的定义以及几何级数求和法的应用。
解题核心思路:
- 明确傅里叶变换的定义,写出序列的非零部分对应的求和表达式。
- 识别几何级数的结构,确定公比并验证其绝对值小于1的条件。
- 应用几何级数求和公式,化简得到最终结果。
破题关键点:
- 单位阶跃函数$u(n)$的存在使得求和范围简化为$n \geq 0$。
- 公比的正确提取:将$a^n e^{-j\omega n}$合并为$(a e^{-j\omega})^n$。
- 收敛性验证:$|a e^{-j\omega}| = a < 1$,满足几何级数收敛条件。
根据傅里叶变换的定义:
$X(e^{j\omega}) = \sum_{n=-\infty}^{\infty} x(n) e^{-j\omega n}$
代入$x(n) = a^n u(n)$,并利用$u(n)$的性质($n < 0$时$x(n)=0$),得:
$X(e^{j\omega}) = \sum_{n=0}^{\infty} a^n e^{-j\omega n}$
步骤1:提取公比
将求和式改写为几何级数形式:
$\sum_{n=0}^{\infty} (a e^{-j\omega})^n$
步骤2:应用几何级数公式
几何级数求和公式为:
$\sum_{n=0}^{\infty} r^n = \frac{1}{1 - r} \quad (|r| < 1)$
此处$r = a e^{-j\omega}$,因$0 < a < 1$,故$|r| = a < 1$,满足收敛条件。代入公式得:
$X(e^{j\omega}) = \frac{1}{1 - a e^{-j\omega}}$
选项分析:
- 选项B的分母为$1 - a e^{-j\omega}$,与推导结果一致。
- 其余选项的指数符号或分子符号错误,可直接排除。