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Z变换


(单边)Z轴-变换序列的{ak}(_k)_(k=0)^infty定义为

 Z轴[{ak}(_k)_(k=0)^infty](z)=sum_(k=0^infty(a_k)/(z^k)。
(1)

此定义在Wolfram语言作为Z变压器[,n个,z(z)]. 类似地,相反Z轴-转换实现为反Z变换[A类,z(z),n个].

“这个”Z轴-变换通常指单边Z变换.不幸的是,还有许多其他公约。Bracewell(1999)使用术语“z(z)-转换“(小写z(z))指的是单方面的Z轴-转换。Girling(1987年,第425页)根据连续样本定义了变换功能。更糟糕的是,一些作者定义Z轴-转换为双边的Z变换.

通常,相反Z轴-变换除非指定了序列的收敛区域,否则它不是唯一的(Zwillinger1996年,第545页)。如果Z轴-变换F(z)函数的倒数是解析已知的Z轴-变换{一个}_(n=0)^infty=Z^(-1)[F(Z)](n)可以使用轮廓积分

 a_n=1/(2pii)≠_gammaF(z)z^(n-1)dz,
(2)

哪里伽马射线是围绕原点的闭合轮廓复杂的飞机在分析性领域F(z)(Zwillinger,1996年,第545页)

单边变换在许多应用中都很重要,因为生成函数 G(吨)数字序列的{一个}_(n=0)^infty精确地给出了Z轴[{一个}_(n=0)^infty](z^(-1)),这个Z轴-的转换{一个}在变量中1/z(1/z)(Germundsson 2000)。换句话说,相反Z轴-函数的变换f(1/z)精确地给出了级数展开中的项序列属于f(z)例如系列z(z+1)/(z-1)^3由提供

 Z^(-1)[y^(-1-)(y^[-1)+1)/(y^-(-1)-1)^3](n)=Z^(-1)[-(y(y+1))/(y-1)^3)](n)=n^2。
(3)

Girling(1987)定义了单边Z轴-对连续函数进行操作的变换F(吨)定期取样吨,

 Z_T[F(T)](Z)=L_T[F^*(T)】(Z),
(4)

哪里L_t[f](z)拉普拉斯变换,

F^*(吨)=F(t)增量_t(t)
(5)
=总和_(n=0)^(infty)F(nT)增量_(t,nT),
(6)

片面的shah函数带有句点吨由提供

 增量_ T(T)=总和_(n=0)^增量_(T,nT),
(7)

增量(mn)克罗内克三角洲,给予

 Z_T[F(T)](Z)=总和(n=0)^系数(F(nT))/(Z^n)。
(8)

另一个等效定义是

 Z_T[F(T)](Z)=sum_(剩余)(1/(1-e^(Tz)Z^(-1)))F(Z),
(9)

哪里

 f(z)=sum_(n=0)^inftyF(nT)z^(-n)。
(10)

这个定义基本上等同于通常的定义a_n=F(nT).

下表总结了Z轴-一些常见函数的变换(Girling 1987,pp.426-427;Bracewell 1999)。在这里,增量(n0)克罗内克三角洲,H(吨)海维西德阶跃函数、和链接(z)(_k)多对数.

a_n(名词)Z轴[{一个}_(n=0)^infty](z)
增量_(0n)1
增量(mn)(高(米)/(平方米)
(-1)^nz/(z+1)
1z/(z-1)
高度(n-m)1/(z^(m-1)(z-1))
n个z/((z-1)^2)
n ^2个(z(z+1))/(z-1)^3)
n ^3个(z(z^2+4z+1))/((z-1)^4)
n ^k个锂(-k)(1/z)
b^nz/(z-b)
b^nn公司(bz)/(z-b)^2)
b^nn^2号(bz(z+b))/((z-b)^3)
b、nn、k锂(-k)(b/z)
cos(字母)(z(z-cosalpha))/(1-2zcoalpha+z^2)
sin(字母)(zsinalpha)/(1-2zcosalpha+z^2)

这个Z轴-广义幂函数的变换第^n页可以解析计算为

Z[{n^k}_(n=0)^infty](Z)=(-1)^klim_(x->0)(部分^k)/(部分x^k)(z/(z-e^(-x)))
(11)
=1/((z-1)^(k+1))和(n=0)^;n> z^(n+1)
(12)
=Li_(-k)(1/z),
(13)

其中<k;n个>欧拉数Li_n(z)是一个多对数.令人惊讶的是Z轴-变换属于n千因此是发电机欧拉的数字三角形.

这个Z轴-变换Z[{a_n}](Z)=F(Z)满足许多重要属性,包括线性

 Z[a{a_n}+b{b_n}](Z)=aZ[a_n}],
(14)

翻译

Z[{a_(n-k)}](Z)=z^(-k)z[{a_n}](z)
(15)
Z[{a_(n+1)}](Z)=zZ[{a_n}](z)-za_0
(16)
Z[{a_(n+2)}](Z)=z^2Z[{a_n}](z)-z^2a_0-za_1
(17)
Z[{a_(n+k)}](Z)=z^mZ[{a_n}](z)-sum_(r=0)^(m-1)z^(k-r)a_(rt),
(18)

缩放

 Z[{b^na_n}](Z)=F(Z/b),
(19)

和乘法n个

Z[{n^ka_n}](Z)=(-1)^k(zd/(dz))^kF(z)
(20)
Z[{n^(-1)a_n}](Z)=-整数_0^z(F(z))/zdz
(21)

(Girling 1987年,第425页;Zwillinger 1996年,第544页)。

这个离散傅里叶变换是的特例Z轴-变换具有

 z=e^(-2piik/N),
(22)

和aZ轴-变换具有

 z=e^(-2piikalpha/N)
(23)

对于阿尔法=+/-1称为分数傅里叶变换.


另请参见

双边Z变换,离散傅里叶变换,欧拉的数字三角形,欧拉数,分数的傅里叶变换,生成函数,拉普拉斯变换,人口比较,单边Z变换

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Arndt,J.“Thez(z)-变换(ZT)。关于FFT算法的“第3章”备注。"http://www.jjj.de/fxt网站/.博克瑟,R。“关于数值变换微积分的注释。”程序。爱尔兰共和国 45, 1401-1406,1957Boxer,R.和Thaler,S.“求解线性问题的简化方法和非线性系统。"程序。爱尔兰共和国 44, 89-101, 1956.Bracewell、,R。这个傅里叶变换及其应用,第三版。纽约:McGraw-Hill,第257-262页,1999巴拉克里希南,V.K。Schaum的组合数学概述,包括图论的概念。纽约:McGraw-Hill,1995布兰德,L。有差别的和差分方程。纽约:威利出版社,1966年。卡德佐,J.A。离散时间系统:跨学科应用导论。恩格尔伍德悬崖,新泽西州:Prentice-Hall,1973年。DiStefano,J.J。;Stubbud,A.R。;和I.J.威廉姆斯。Schaum的反馈和控制系统概述,第2版。纽约:McGraw-Hill,1995年。伊莱迪,序号。一个差分方程导论,第2版。纽约:斯普林格出版社,1999年。Germundsson,德国,R.“(右)数学软件版本4.”数学杂志。 7, 497-524,2000Girling,B.《Z变换》CRC公司标准数学表,第28版(W.H.Beyer编辑)。博卡拉顿,佛罗里达州:CRC出版社,第424-428页,1987年。美国格拉夫。应用拉普拉斯变换和z(z)-科学家和工程师的变革:计算方法使用Mathematica包。瑞士巴塞尔:Birkhäuser,2004格雷厄姆·R·L。;Knuth,D.E。;和O.Patashnik。混凝土数学:计算机科学基础,第二版。马萨诸塞州雷丁:Addison-Wesley,1994格里马尔迪,R.P。离散的《组合数学:应用导论》,第四版。朗曼,1998E.I.陪审团。理论以及Z变换方法的应用。纽约:威利出版社,1964年。凯利,W.G.公司。和Peterson,A.C。差异方程式:应用简介,第二版。纽约:学术出版社,2001年。西科普夫。超几何的求和:求和与特殊函数恒等式的算法。德国布伦瑞克:Vieweg,1998年。Levy,H.和Lessman,F。有限差分方程。纽约:多佛,1992年。Ljung,L。系统识别:用户理论。普伦蒂斯·霍尔,1987年。米肯斯,R.E.公司。差异方程式,第二版。新泽西州普林斯顿:Van Nostrand Reinhold,1987年。米勒,英国标准。线性的差分方程。纽约:本杰明,1968年。Ogata,K。离散时间控制系统。新泽西州恩格尔伍德克利夫斯:普伦蒂斯·霍尔,1987年。佩特科夫舍克,医学硕士。;Wilf,H.S。;和D.泽尔伯格。A=B。马萨诸塞州韦尔斯利:A K Peters,1996年。http://www.cis.upenn.edu/~wilf/AeqB.html.塞奇威克,R.和Flajolet,P。一个算法分析导论。马萨诸塞州雷丁:Addison-Wesley,1996亚·茨普金。Z.公司。取样系统理论。纽约:佩加蒙出版社,1964年。维迪亚萨加,M。控制系统综合:分解方法。马萨诸塞州剑桥:麻省理工学院出版社,1985年。威尔夫,H.S.公司。生成功能学,第2版。纽约:学术出版社,1994年。Zwillinger,D.(编辑)。“生成函数和Z轴转换“和”Z轴-转换。“§3.9.6和6.27CRC公司标准数学表和公式,第30版。佛罗里达州博卡拉顿:CRC出版社,第231-233页和第543-547页,1996年。

参考Wolfram | Alpha

Z变换

引用如下:

埃里克·魏斯坦(Eric W.Weisstein)。“Z变换”来自数学世界--Wolfram Web资源。https://mathworld.wolfram.com/Z-Transform.html

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