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叠一个波

整门学科都建立在这一个想法上:取几条正弦波 —— 纯净、光滑、无聊 —— 把它们加在一起,就冒出某种尖锐又参差的东西。一个方波。一个锯齿波。自己叠出来,魔术就不再是魔术。

光滑的原料,尖锐的结果

下面每个滑块控制一条正弦波的多少sin xsin 2xsin 3x,以此类推。更快的波(数字更大)添加细小、尖锐的细节。把它们加起来就得到:

y = a₁ sin x + a₂ sin 2x + a₃ sin 3x + …

叠加正弦波 🎚️

点一个目标波形自动载入它的配方,或者自己拖滑块。打开「显示每个谐波」,就能看到正在被加起来的那些单条正弦波。

该注意什么

波越多 = 角越尖

只有 sin x 时,你得到一个柔和的鼓包。每加一个更高的谐波,曲线就更靠近尖锐的目标。那些角需要波 —— 这正是为什么一个真正的方波需要无穷多条。

配方就是一切

方波只用奇数谐波,一个比一个弱(1、⅓、⅕、…)。改变配方就改变形状。那一串「多少」—— 每个频率一个数字 —— 就是这个波的傅里叶变换。

仔细看方波每个竖直跳变附近:有一点点过冲,无论加多少谐波都不肯消失。这是一个真实而著名的效应 —— 吉布斯现象 —— 你正在现场看它,而不是在书上读它。

准备好看那张把一切串起来的图了吗?在本轮里,这些正弦波每一条都变成一个旋转的圆,而这些圆会替你画出这个波。