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Identité de dérivée des transformées sinus et cosinus de Fourier

Apprenez comment la dérivation de la transformée cosinus de Fourier montre que sa dérivée est l'opposé de la transformée sinus de Fourier de x·f(x).

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Problem

Show that

Fs[xf(x)]=ddsFc(s).F_s[xf(x)] = -\frac{d}{ds}F_c(s).

Step 1: Start with the Fourier Cosine Transform

The Fourier Cosine transform of f(x)f(x) is defined as

Fc(s)=0f(x)cos(sx)dx.F_c(s) = \int_0^\infty f(x)\cos(sx)\,dx.

Step 2: Differentiate with Respect to ss

Differentiating both sides with respect to ss gives

ddsFc(s)=dds0f(x)cos(sx)dx.\frac{d}{ds}F_c(s) = \frac{d}{ds}\int_0^\infty f(x)\cos(sx)\,dx.

Differentiating inside the integral,

ddsFc(s)=0f(x)ddscos(sx)dx.\frac{d}{ds}F_c(s) = \int_0^\infty f(x)\frac{d}{ds}\cos(sx)\,dx.

Since

ddscos(sx)=xsin(sx),\frac{d}{ds}\cos(sx) = -x\sin(sx),

we get

ddsFc(s)=0f(x)(xsin(sx))dx.\frac{d}{ds}F_c(s) = \int_0^\infty f(x)(-x\sin(sx))\,dx.

Step 3: Identify the Fourier Sine Transform

Pulling out the negative sign,

ddsFc(s)=0xf(x)sin(sx)dx.\frac{d}{ds}F_c(s) = -\int_0^\infty xf(x)\sin(sx)\,dx.

The integral

0xf(x)sin(sx)dx\int_0^\infty xf(x)\sin(sx)\,dx

is the Fourier Sine transform of xf(x)xf(x), so

Fs[xf(x)]=0xf(x)sin(sx)dx.F_s[xf(x)] = \int_0^\infty xf(x)\sin(sx)\,dx.

Therefore,

ddsFc(s)=Fs[xf(x)].\frac{d}{ds}F_c(s) = -F_s[xf(x)].

Hence,

Fs[xf(x)]=ddsFc(s).F_s[xf(x)] = -\frac{d}{ds}F_c(s).

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