傅里叶变换(DFT)是酉变换的证明

睿睿分享 2024-11-04 14:36:37

‌离散傅里叶变换(DFT)是酉变换的意义在于其满足酉变换的定义,即DFT是一个等距变换,其矩阵是一个酉矩阵(Unitary matrix)。‌

酉变换的定义是:一个变换如果保持向量的欧几里得范数不变,则称为酉变换。具体来说,酉变换满足以下条件:

酉变换的矩阵是一个单位矩阵,即其共轭转置等于其逆矩阵。酉变换保持向量的长度不变,即对于任意向量 x,有 ∥Ax∥=∥x∥。酉变换保持向量的内积不变,即

其中 A 是酉变换的矩阵,xH 表示 x 的共轭转置‌。

其中

傅里叶变换矩阵为:

酉矩阵的定义:

下面证明傅里叶矩阵是酉矩阵,即要证明

其中矩阵F*表示F的共轭转置矩阵。

离散傅里叶变换矩阵的圆周分布:

因此DFT矩阵是正交矩阵。正交矩阵的逆等于其共轭转置,满足酉矩阵的定义‌。

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