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Fourier inversion theorem

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6124: 8906: 2643: 2835:(roughly speaking, smooth functions that decay quickly and whose derivatives all decay quickly). This condition has the benefit that it is an elementary direct statement about the function (as opposed to imposing a condition on its Fourier transform), and the integral that defines the Fourier transform and its inverse are absolutely integrable. This version of the theorem is used in the proof of the Fourier inversion theorem for tempered distributions (see below). 36: 2286: 8586: 7958: 2638:{\displaystyle {\begin{aligned}f&={\mathcal {F}}^{-1}({\mathcal {F}}f)(x)\\&=\int _{\mathbb {R} }\int _{\mathbb {R} }e^{2\pi ix\cdot \xi }\,e^{-2\pi iy\cdot \xi }\,f(y)\,dy\,d\xi \\&=\int _{\mathbb {R} }\int _{\mathbb {R} }e^{-2\pi ix\cdot \zeta }\,e^{2\pi iy\cdot \zeta }\,f(y)\,dy\,d\zeta \\&={\mathcal {F}}({\mathcal {F}}^{-1}f)(x).\end{aligned}}} 8311: 4052: 6547: 3791: 6400: 2822:
When used in physics and engineering, the Fourier inversion theorem is often used under the assumption that everything "behaves nicely". In mathematics such heuristic arguments are not permitted, and the Fourier inversion theorem includes an explicit specification of what class of functions is being
7733: 4488: 8218: 5274: 2812: 5160: 8581:{\displaystyle \int _{\mathbb {R} ^{n}}e^{-\pi \varepsilon ^{2}|\xi |^{2}+2\pi ix\cdot \xi }({\mathcal {F}}f)(\xi )\,d\xi =\int _{\mathbb {R} ^{n}}{\frac {1}{\varepsilon ^{n}}}e^{-{\frac {\pi }{\varepsilon ^{2}}}|x-y|^{2}}f(y)\,dy=(\varphi _{\varepsilon }*f)(x),} 3859: 7241: 5487: 8866: 6405: 3608:) but merely piecewise continuous then a version of the Fourier inversion theorem still holds. In this case the integral in the inverse Fourier transform is defined with the aid of a smooth rather than a sharp cut off function; specifically we define 3245: 6273: 1452: 1321: 8062: 5809: 7055: 4698: 4948: 1076: 3614: 415: 905: 304: 6688: 5708: 5599: 3400: 539: 7439: 6039: 7953:{\displaystyle \int _{\mathbb {R} ^{n}}e^{2\pi ix\cdot \xi }({\mathcal {F}}f)(\xi )\,d\xi =\lim _{\varepsilon \to 0}\int _{\mathbb {R} ^{n}}e^{-\pi \varepsilon ^{2}|\xi |^{2}+2\pi ix\cdot \xi }({\mathcal {F}}f)(\xi )\,d\xi .} 7659: 6136:
the Fourier inversion theorem often plays a critical role. In many situations the basic strategy is to apply the Fourier transform, perform some operation or simplification, and then apply the inverse Fourier transform.
4337: 8745: 8070: 5931: 1889: 5060: 1634: 2291: 4549: 691: 6798: 5168: 2188: 2888:) with absolutely integrable Fourier transform. This includes all Schwartz functions, so is a strictly stronger form of the theorem than the previous one mentioned. This condition is the one used above in the 6874: 6127:
Some problems, such as certain differential equations, become easier to solve when the Fourier transform is applied. In that case the solution to the original problem is recovered using the inverse Fourier
4169: 2071: 1187: 7305: 4878: 4274: 3022: 1808: 4830: 7721: 7362: 3462: 1983: 6952: 4777: 5162:, either by duality from the inverse transform on Schwartz functions in the same way, or by defining it in terms of the flip operator (where the flip operator is defined by duality). We then have 2699: 6270:
may easily be used for the inverse Fourier transform by composing the looked-up function with the flip operator. For example, looking up the Fourier transform of the rect function we see that
4047:{\displaystyle {\mathcal {F}}^{-1}g(x):=\lim _{R\to \infty }\int _{\mathbb {R} ^{n}}\varphi (\xi /R)\,e^{2\pi ix\cdot \xi }\,g(\xi )\,d\xi ,\qquad \varphi (\xi ):=e^{-\vert \xi \vert ^{2}}.} 7115: 4199:
and assume merely that it is absolutely integrable, then a version of the theorem still holds. The inverse transform is again defined with the smooth cut off, but with the conclusion that
189: 8660: 7545: 6905: 6197: 7124: 8888:
is a transformation that maps functions to functions. The flip operator, the Fourier transform, the inverse Fourier transform and the identity transform are all examples of operators.
5407: 3606: 3114: 8756: 7490: 6242: 5065: 2886: 6252:
The inverse Fourier transform is extremely similar to the original Fourier transform: as discussed above, it differs only in the application of a flip operator. For this reason the
4978: 4318: 8303: 7580: 6727: 4090: 3057: 2683: 1926: 1734: 2225: 2108: 3122: 6070: 4327:
In this case the Fourier transform cannot be defined directly as an integral since it may not be absolutely convergent, so it is instead defined by a density argument (see the
3276: 1107: 964: 3851: 1697: 1667: 1332: 1203: 2249: 625: 7966: 2278: 1556: 5719: 6957: 4584: 4886: 972: 6542:{\displaystyle g(\xi )=\operatorname {rect} (a\xi )\quad \Rightarrow \quad ({\mathcal {F}}^{-1}g)(x)={\frac {1}{|a|}}\operatorname {sinc} \left(-{\frac {x}{a}}\right).} 3786:{\displaystyle {\mathcal {F}}^{-1}g(x):=\lim _{R\to \infty }\int _{\mathbb {R} }\varphi (\xi /R)\,e^{2\pi ix\xi }\,g(\xi )\,d\xi ,\qquad \varphi (\xi ):=e^{-\xi ^{2}}.} 764:. However, even under more general conditions versions of the Fourier inversion theorem hold. In these cases the integrals above may not converge in an ordinary sense. 6093: 6113: 315: 8268: 7459: 5340: 4576: 2823:
allowed. However, there is no "best" class of functions to consider so several variants of the Fourier inversion theorem exist, albeit with compatible conclusions.
802: 201: 6583: 3551: 6588: 6395:{\displaystyle f(x)=\operatorname {rect} (ax)\quad \Rightarrow \quad ({\mathcal {F}}f)(\xi )={\frac {1}{|a|}}\operatorname {sinc} \left({\frac {\xi }{a}}\right),} 5605: 2939: 5493: 8609: 8241: 5360: 4197: 3822: 3522: 3502: 3482: 3283: 2913: 1500: 1480: 936: 790: 762: 742: 714: 569: 5392: 5317: 4578:-norm. The inverse transform may be defined by density in the same way or by defining it in terms of the Fourier transform and the flip operator. We then have 426: 7370: 5937: 4483:{\displaystyle g_{k}(\xi ):=\int _{\{y\in \mathbb {R} ^{n}:\left\vert y\right\vert \leq k\}}e^{-2\pi iy\cdot \xi }\,f(y)\,dy,\qquad k\in \mathbb {N} ,} 7585: 3556:
A higher-dimensional analogue of this form of the theorem also holds, but according to Folland (1992) is "rather delicate and not terribly useful".
8668: 8213:{\displaystyle ({\mathcal {F}}g_{x})(y)={\frac {1}{\varepsilon ^{n}}}e^{-{\frac {\pi }{\varepsilon ^{2}}}|x-y|^{2}}=\varphi _{\varepsilon }(x-y).} 8935: 5815: 1816: 4983: 1567: 9031:
is real valued, as any complex-valued function can be split into its real and imaginary parts and every operator appearing here is linear in
5269:{\displaystyle {\mathcal {F}}{\mathcal {F}}^{-1}={\mathcal {F}}^{-1}{\mathcal {F}}=\operatorname {Id} _{{\mathcal {S}}'(\mathbb {R} ^{n})}.} 4496: 633: 6732: 2116: 918:
The most common statement of the Fourier inversion theorem is to state the inverse transform as an integral. For any integrable function
100: 53: 3853:
then the Fourier inversion theorem still holds so long as we again define the inverse transform with a smooth cut off function i.e.
72: 6803: 17: 4097: 1999: 1115: 7249: 4835: 4205: 2953: 1739: 79: 7668: 9047: 9082: 9006: 7310: 6123: 3408: 1934: 6910: 6267: 4782: 2807:{\displaystyle f={\mathcal {F}}^{-1}({\mathcal {F}}f)={\mathcal {F}}R{\mathcal {F}}f={\mathcal {F}}({\mathcal {F}}^{-1}f).} 86: 6145: 6253: 4735: 68: 8984: 8957: 119: 8928: 7063: 158: 7236:{\displaystyle \textstyle \int g(\xi )\cdot ({\mathcal {F}}f)(\xi )\,d\xi =\int ({\mathcal {F}}g)(y)\cdot f(y)\,dy} 8614: 7499: 6882: 6151: 9087: 5482:{\displaystyle f\colon \mathbb {R} ^{n}\to \mathbb {C} ,\quad {\hat {f}}\colon \mathbb {R} ^{n}\to \mathbb {C} ,} 8861:{\displaystyle \int _{\mathbb {R} ^{n}}e^{2\pi ix\cdot \xi }({\mathcal {F}}f)(\xi )\,d\xi =f(x).\qquad \square } 5155:{\displaystyle {\mathcal {F}}^{-1}\colon {\mathcal {S}}'(\mathbb {R} ^{n})\to {\mathcal {S}}'(\mathbb {R} ^{n})} 9077: 2110:
is a left inverse for the Fourier transform. However it is also a right inverse for the Fourier transform i.e.
717: 57: 3567: 3075: 7724: 7468: 6202: 5398: 2846: 4956: 4730: 4285: 8273: 7550: 6697: 4060: 3240:{\displaystyle {\mathcal {F}}^{-1}g(x):=\lim _{R\to \infty }\int _{-R}^{R}e^{2\pi ix\xi }\,g(\xi )\,d\xi .} 3027: 2651: 1894: 1702: 2196: 2079: 1447:{\displaystyle f(x)=\int _{\mathbb {R} }\int _{\mathbb {R} }\cos(2\pi (x-y)\cdot \xi )\,f(y)\,dy\,d\xi .} 3116:) and is piecewise smooth then a version of the Fourier inversion theorem holds. In this case we define 1316:{\displaystyle f(x)=\int _{\mathbb {R} }\int _{\mathbb {R} }e^{2\pi i(x-y)\cdot \xi }\,f(y)\,dy\,d\xi .} 9023: 6261: 6047: 3253: 1084: 941: 192: 93: 8057:{\displaystyle g_{x}(\xi )=e^{-\pi \varepsilon ^{2}\vert \xi \vert ^{2}+2\pi \mathrm {i} x\cdot \xi }} 5284:
When considering the Fourier series of a function it is conventional to rescale it so that it acts on
3827: 2843:
The Fourier inversion theorem holds for all continuous functions that are absolutely integrable (i.e.
1672: 1642: 8918: 5804:{\displaystyle f\colon ^{n}\to \mathbb {C} ,\quad {\hat {f}}\colon \mathbb {Z} ^{n}\to \mathbb {C} ,} 7050:{\displaystyle ({\mathcal {F}}\psi )(y)=({\mathcal {F}}\varphi )(y/\varepsilon )/|\varepsilon |^{n}} 4693:{\displaystyle f(x)={\mathcal {F}}({\mathcal {F}}^{-1}f)(x)={\mathcal {F}}^{-1}({\mathcal {F}}f)(x)} 2230: 574: 8922: 8914: 4943:{\displaystyle \langle {\mathcal {F}}f,\varphi \rangle :=\langle f,{\mathcal {F}}\varphi \rangle ,} 2254: 1508: 1071:{\displaystyle {\mathcal {F}}^{-1}g(x):=\int _{\mathbb {R} }e^{2\pi ix\cdot \xi }\,g(\xi )\,d\xi .} 6133: 4328: 3796:
The conclusion of the theorem is then the same as for the piecewise smooth case discussed above.
2915:
be continuous but still require that it and its Fourier transform be absolutely integrable. Then
46: 6140:
More abstractly, the Fourier inversion theorem is a statement about the Fourier transform as an
793: 8939: 8885: 7493: 6141: 410:{\displaystyle f(x)=\int _{\mathbb {R} }e^{2\pi ix\cdot \xi }\,({\mathcal {F}}f)(\xi )\,d\xi .} 6075: 900:{\displaystyle ({\mathcal {F}}f)(\xi ):=\int _{\mathbb {R} }e^{-2\pi iy\cdot \xi }\,f(y)\,dy.} 299:{\displaystyle ({\mathcal {F}}f)(\xi ):=\int _{\mathbb {R} }e^{-2\pi iy\cdot \xi }\,f(y)\,dy,} 6098: 4718: 1639:
It is immediate from the definition of the Fourier transform and the flip operator that both
6683:{\displaystyle {\mathcal {F}}f(\xi )=\int _{\mathbb {R} ^{n}}e^{-2\pi iy\cdot \xi }f(y)\,dy} 5703:{\displaystyle f(x)=\int _{\mathbb {R} ^{n}}e^{2\pi ix\cdot \xi }\,{\hat {f}}(\xi )\,d\xi .} 8246: 7444: 5594:{\displaystyle {\hat {f}}(\xi ):=\int _{\mathbb {R} ^{n}}e^{-2\pi iy\cdot \xi }\,f(y)\,dy,} 5322: 4554: 2690: 721: 6559: 3527: 3395:{\displaystyle {\mathcal {F}}^{-1}({\mathcal {F}}f)(x)={\frac {1}{2}}(f(x_{-})+f(x_{+})),} 8: 7118: 6257: 4779:
by duality of the Fourier transform on the space of Schwartz functions. Specifically for
2918: 534:{\displaystyle f(x)=\iint _{\mathbb {R} ^{2}}e^{2\pi i(x-y)\cdot \xi }\,f(y)\,dy\,d\xi .} 4707:. In one dimension (and one dimension only), it can also be shown that it converges for 145: 8594: 8226: 8064:. Applying facts 1, 2 and 4, repeatedly for multiple integrals if necessary, we obtain 5345: 4182: 3807: 3507: 3487: 3467: 2898: 1485: 1465: 921: 775: 747: 727: 699: 554: 5365: 5287: 9002: 8980: 2941: 2832: 141: 7434:{\displaystyle \varphi _{\varepsilon }(y)=\varphi (y/\varepsilon )/\varepsilon ^{n}} 6034:{\displaystyle f(x)=\sum _{k\in \mathbb {Z} ^{n}}e^{2\pi ix\cdot k}\,{\hat {f}}(k).} 140:
says that for many types of functions it is possible to recover a function from its
5342:-periodic). In this section we instead use the somewhat unusual convention taking 2251:, this follows very easily from the Fourier inversion theorem (changing variables 7654:{\displaystyle \lim _{\varepsilon \to 0}(\varphi _{\varepsilon }\ast f)(x)=f(x)} 5062:
then this agrees with the usual definition. We may define the inverse transform
8994: 8972: 1993:
The form of the Fourier inversion theorem stated above, as is common, is that
152:
information about a wave then we may reconstruct the original wave precisely.
9071: 8740:{\displaystyle \lim _{\varepsilon \to 0}(\varphi _{\varepsilon }*f)(x)=f(x).} 2686: 149: 4708: 4280: 7462: 5926:{\displaystyle {\hat {f}}(k):=\int _{^{n}}e^{-2\pi iy\cdot k}\,f(y)\,dy,} 4721:, but is much harder to prove than convergence in the mean squared norm. 2838: 1884:{\displaystyle Rf=R{\mathcal {F}}^{-1}{\mathcal {F}}f=RR{\mathcal {FF}}f} 133: 5055:{\displaystyle f\in L^{1}(\mathbb {R} ^{n})\cap L^{2}(\mathbb {R} ^{n})} 1629:{\displaystyle {\mathcal {F}}^{-1}f:=R{\mathcal {F}}f={\mathcal {F}}Rf.} 5394:, since that matches the convention of the Fourier transform used here. 910:
Furthermore, we assume that the Fourier transform is also integrable.
4544:{\displaystyle \textstyle {\mathcal {F}}f:=\lim _{k\to \infty }g_{k}} 686:{\displaystyle {\mathcal {F}}^{-1}={\mathcal {F}}R=R{\mathcal {F}}.} 144:. Intuitively it may be viewed as the statement that if we know all 35: 6793:{\displaystyle g(\xi )=e^{2\pi \mathrm {i} x\cdot \xi }\psi (\xi )} 4704: 2183:{\displaystyle {\mathcal {F}}({\mathcal {F}}^{-1}f)(\xi )=f(\xi ).} 3564:
If the function is absolutely integrable in one dimension (i.e.
3072:
If the function is absolutely integrable in one dimension (i.e.
6869:{\displaystyle ({\mathcal {F}}g)(y)=({\mathcal {F}}\psi )(y-x)} 4179:
If we drop all assumptions about the (piecewise) continuity of
1873: 1457: 4164:{\displaystyle {\mathcal {F}}^{-1}({\mathcal {F}}f)(x)=f(x).} 2066:{\displaystyle {\mathcal {F}}^{-1}({\mathcal {F}}f)(x)=f(x).} 1326:
By taking the real part of each side of the above we obtain
1182:{\displaystyle {\mathcal {F}}^{-1}({\mathcal {F}}f)(x)=f(x).} 7300:{\displaystyle \varphi (\xi )=e^{-\pi \vert \xi \vert ^{2}}} 4873:{\displaystyle \varphi \in {\mathcal {S}}(\mathbb {R} ^{n})} 4269:{\displaystyle {\mathcal {F}}^{-1}({\mathcal {F}}f)(x)=f(x)} 3017:{\displaystyle {\mathcal {F}}^{-1}({\mathcal {F}}f)(x)=g(x)} 2895:
A slight variant is to drop the condition that the function
1803:{\displaystyle {\mathcal {F}}^{-1}({\mathcal {F}}f)(x)=f(x)} 913: 7716:{\displaystyle {\mathcal {F}}f\in L^{1}(\mathbb {R} ^{n})} 6199:
shows that the Fourier transform is a unitary operator on
2648:
Alternatively, this can be seen from the relation between
3062: 1736:, and in particular are equal to each other and satisfy 9001:(2nd ed.). Princeton, USA: Princeton Univ. Press. 7357:{\displaystyle ({\mathcal {F}}\varphi )(y)=\varphi (y)} 6402:
so the corresponding fact for the inverse transform is
3457:{\displaystyle {\mathcal {F}}^{-1}({\mathcal {F}}f)(x)} 1978:{\displaystyle {\mathcal {F}}^{-1}={\mathcal {F}}^{3}.} 7128: 6947:{\displaystyle \psi (\xi )=\varphi (\varepsilon \xi )} 4825:{\displaystyle f\in {\mathcal {S}}'(\mathbb {R} ^{n})} 4500: 2839:
Integrable functions with integrable Fourier transform
8759: 8671: 8617: 8597: 8314: 8276: 8249: 8229: 8073: 7969: 7736: 7671: 7588: 7553: 7502: 7471: 7447: 7373: 7313: 7252: 7127: 7066: 6960: 6913: 6885: 6806: 6735: 6700: 6591: 6562: 6408: 6276: 6205: 6154: 6101: 6078: 6050: 5940: 5818: 5722: 5608: 5496: 5410: 5368: 5348: 5325: 5290: 5171: 5068: 4986: 4959: 4889: 4838: 4785: 4738: 4731:
may be defined on the space of tempered distributions
4587: 4557: 4499: 4340: 4288: 4208: 4185: 4100: 4063: 3862: 3830: 3810: 3617: 3570: 3530: 3510: 3490: 3470: 3411: 3286: 3256: 3125: 3078: 3030: 2956: 2921: 2901: 2849: 2702: 2654: 2289: 2257: 2233: 2199: 2119: 2082: 2002: 1937: 1897: 1819: 1742: 1705: 1675: 1645: 1570: 1511: 1488: 1468: 1335: 1206: 1118: 1087: 975: 944: 924: 805: 778: 750: 730: 702: 636: 577: 557: 429: 318: 204: 161: 6256:
hold for the inverse Fourier transform, such as the
3464:equals the average of the left and right limits of 60:. Unsourced material may be challenged and removed. 8860: 8739: 8654: 8603: 8580: 8297: 8262: 8235: 8212: 8056: 7952: 7715: 7653: 7574: 7539: 7484: 7453: 7433: 7356: 7299: 7235: 7109: 7049: 6946: 6899: 6868: 6792: 6721: 6682: 6577: 6541: 6394: 6247: 6236: 6191: 6107: 6087: 6064: 6033: 5925: 5803: 5702: 5593: 5481: 5397:The Fourier inversion theorem is analogous to the 5386: 5354: 5334: 5311: 5268: 5154: 5054: 4972: 4942: 4872: 4824: 4771: 4692: 4570: 4543: 4482: 4312: 4268: 4191: 4163: 4084: 4046: 3845: 3816: 3785: 3600: 3545: 3516: 3496: 3476: 3456: 3394: 3270: 3239: 3108: 3051: 3016: 2933: 2907: 2880: 2806: 2677: 2637: 2272: 2243: 2219: 2182: 2102: 2065: 1977: 1920: 1883: 1802: 1728: 1691: 1661: 1628: 1550: 1494: 1474: 1446: 1315: 1181: 1101: 1070: 958: 930: 899: 784: 756: 736: 708: 685: 619: 563: 533: 409: 298: 183: 9048:"DMat0101, Notes 3: The Fourier transform on L^1" 6148:). For example, the Fourier inversion theorem on 4772:{\displaystyle {\mathcal {S}}'(\mathbb {R} ^{n})} 4175:No regularity condition; any number of dimensions 9069: 8927:but its sources remain unclear because it lacks 8673: 7817: 7590: 4515: 3896: 3651: 3159: 8999:Introduction to Partial Differential Equations 8750:Putting together the above we have shown that 7110:{\displaystyle f,g\in L^{1}(\mathbb {R} ^{n})} 4322: 792:is an integrable continuous function. Use the 191:satisfying certain conditions, and we use the 184:{\displaystyle f:\mathbb {R} \to \mathbb {C} } 5279: 2817: 8655:{\displaystyle f\in L^{1}(\mathbb {R} ^{n})} 8020: 8013: 7540:{\displaystyle f\in L^{1}(\mathbb {R} ^{n})} 7286: 7279: 6900:{\displaystyle \varepsilon \in \mathbb {R} } 6192:{\displaystyle f\in L^{2}(\mathbb {R} ^{n})} 4934: 4915: 4909: 4890: 4409: 4368: 4030: 4023: 2831:The Fourier inversion theorem holds for all 551:Another way to state the theorem is that if 155:The theorem says that if we have a function 5713:In the Fourier series case we instead have 3824:is continuous and absolutely integrable on 1458:Inverse transform in terms of flip operator 1192: 4980:is defined using the integral formula. If 4057:The conclusion is now simply that for all 8958:Learn how and when to remove this message 8829: 8767: 8639: 8534: 8440: 8423: 8322: 8285: 7940: 7839: 7806: 7744: 7700: 7562: 7524: 7225: 7172: 7094: 6893: 6709: 6673: 6621: 6221: 6176: 6058: 6006: 5969: 5913: 5900: 5794: 5780: 5755: 5690: 5668: 5631: 5581: 5568: 5528: 5472: 5458: 5433: 5419: 5248: 5139: 5106: 5039: 5008: 4857: 4809: 4756: 4724: 4473: 4455: 4442: 4379: 4297: 4072: 3989: 3976: 3950: 3918: 3833: 3734: 3721: 3698: 3672: 3591: 3264: 3227: 3214: 3099: 3039: 2865: 2569: 2562: 2549: 2523: 2489: 2477: 2454: 2447: 2434: 2405: 2374: 2362: 1434: 1427: 1414: 1369: 1357: 1303: 1296: 1283: 1240: 1228: 1095: 1058: 1045: 1014: 952: 887: 874: 840: 521: 514: 501: 452: 397: 371: 340: 286: 273: 239: 177: 169: 120:Learn how and when to remove this message 8611:with an approximate identity. But since 6122: 5401:. In the Fourier transform case we have 3601:{\displaystyle f\in L^{1}(\mathbb {R} )} 3109:{\displaystyle f\in L^{1}(\mathbb {R} )} 914:Inverse Fourier transform as an integral 8993: 8971: 7485:{\displaystyle \varphi _{\varepsilon }} 6237:{\displaystyle L^{2}(\mathbb {R} ^{n})} 2881:{\displaystyle L^{1}(\mathbb {R} ^{n})} 420:In other words, the theorem says that 14: 9070: 4973:{\displaystyle {\mathcal {F}}\varphi } 4313:{\displaystyle x\in \mathbb {R} ^{n}.} 8977:Fourier Analysis and its Applications 8298:{\displaystyle x\in \mathbb {R} ^{n}} 7661:(where the convergence is pointwise). 7575:{\displaystyle x\in \mathbb {R} ^{n}} 6722:{\displaystyle x\in \mathbb {R} ^{n}} 6134:applications of the Fourier transform 4085:{\displaystyle x\in \mathbb {R} ^{n}} 3063:Integrable functions in one dimension 3052:{\displaystyle x\in \mathbb {R} ^{n}} 2826: 8899: 6146:Fourier transform on function spaces 3800:Continuous; any number of dimensions 2678:{\displaystyle {\mathcal {F}}^{-1}f} 1988: 1921:{\displaystyle R={\mathcal {F}}^{2}} 1729:{\displaystyle {\mathcal {F}}^{-1}f} 794:convention for the Fourier transform 193:convention for the Fourier transform 58:adding citations to reliable sources 29: 27:Mathematical theorem about functions 6254:properties of the Fourier transform 3560:Piecewise continuous; one dimension 2220:{\displaystyle {\mathcal {F}}^{-1}} 2103:{\displaystyle {\mathcal {F}}^{-1}} 24: 8809: 8403: 8079: 8039: 7920: 7786: 7674: 7319: 7190: 7152: 6994: 6966: 6840: 6812: 6763: 6594: 6556:The proof uses a few facts, given 6453: 6320: 6102: 6082: 5234: 5218: 5202: 5182: 5174: 5125: 5092: 5072: 4962: 4926: 4895: 4847: 4795: 4742: 4670: 4651: 4616: 4605: 4525: 4503: 4231: 4212: 4123: 4104: 3906: 3866: 3661: 3621: 3434: 3415: 3309: 3290: 3169: 3129: 2979: 2960: 2781: 2770: 2757: 2747: 2731: 2712: 2658: 2599: 2588: 2326: 2307: 2236: 2203: 2133: 2122: 2086: 2025: 2006: 1961: 1941: 1907: 1870: 1851: 1835: 1765: 1746: 1709: 1678: 1651: 1612: 1599: 1574: 1141: 1122: 979: 811: 675: 659: 640: 377: 210: 25: 9099: 6065:{\displaystyle k\in \mathbb {Z} } 3524:is continuous this simply equals 3271:{\displaystyle x\in \mathbb {R} } 1699:match the integral definition of 1102:{\displaystyle x\in \mathbb {R} } 959:{\displaystyle x\in \mathbb {R} } 544:This last equation is called the 8904: 6044:In particular, in one dimension 4551:where the limit is taken in the 3846:{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}} 1692:{\displaystyle {\mathcal {F}}Rf} 1662:{\displaystyle R{\mathcal {F}}f} 1197:The theorem can be restated as 34: 8979:. Belmont, CA, USA: Wadsworth. 8854: 6446: 6442: 6314: 6310: 6248:Properties of inverse transform 6118: 5762: 5440: 4465: 3999: 3744: 3068:Piecewise smooth; one dimension 772:In this section we assume that 45:needs additional citations for 9040: 9017: 8878: 8848: 8842: 8826: 8820: 8817: 8804: 8731: 8725: 8716: 8710: 8707: 8688: 8680: 8649: 8634: 8572: 8566: 8563: 8544: 8531: 8525: 8510: 8495: 8420: 8414: 8411: 8398: 8365: 8356: 8204: 8192: 8167: 8152: 8103: 8097: 8094: 8074: 7986: 7980: 7937: 7931: 7928: 7915: 7882: 7873: 7824: 7803: 7797: 7794: 7781: 7710: 7695: 7648: 7642: 7633: 7627: 7624: 7605: 7597: 7534: 7519: 7413: 7399: 7390: 7384: 7351: 7345: 7336: 7330: 7327: 7314: 7262: 7256: 7222: 7216: 7207: 7201: 7198: 7185: 7169: 7163: 7160: 7147: 7141: 7135: 7104: 7089: 7037: 7028: 7019: 7005: 7002: 6989: 6983: 6977: 6974: 6961: 6941: 6932: 6923: 6917: 6863: 6851: 6848: 6835: 6829: 6823: 6820: 6807: 6787: 6781: 6745: 6739: 6670: 6664: 6608: 6602: 6572: 6566: 6500: 6492: 6479: 6473: 6470: 6447: 6443: 6439: 6430: 6418: 6412: 6358: 6350: 6337: 6331: 6328: 6315: 6311: 6307: 6298: 6286: 6280: 6231: 6216: 6186: 6171: 6025: 6019: 6013: 5950: 5944: 5910: 5904: 5861: 5848: 5837: 5831: 5825: 5790: 5769: 5751: 5742: 5729: 5687: 5681: 5675: 5618: 5612: 5578: 5572: 5515: 5509: 5503: 5468: 5447: 5429: 5381: 5369: 5306: 5291: 5258: 5243: 5149: 5134: 5119: 5116: 5101: 5049: 5034: 5018: 5003: 4867: 4852: 4819: 4804: 4766: 4751: 4687: 4681: 4678: 4665: 4642: 4636: 4633: 4610: 4597: 4591: 4522: 4452: 4446: 4357: 4351: 4263: 4257: 4248: 4242: 4239: 4226: 4155: 4149: 4140: 4134: 4131: 4118: 4009: 4003: 3986: 3980: 3947: 3933: 3903: 3889: 3883: 3754: 3748: 3731: 3725: 3695: 3681: 3658: 3644: 3638: 3595: 3587: 3540: 3534: 3451: 3445: 3442: 3429: 3386: 3383: 3370: 3361: 3348: 3342: 3326: 3320: 3317: 3304: 3224: 3218: 3166: 3152: 3146: 3103: 3095: 3011: 3005: 2996: 2990: 2987: 2974: 2950:is a continuous function, and 2889: 2875: 2860: 2798: 2775: 2739: 2726: 2685:and the flip operator and the 2625: 2619: 2616: 2593: 2559: 2553: 2444: 2438: 2343: 2337: 2334: 2321: 2244:{\displaystyle {\mathcal {F}}} 2174: 2168: 2159: 2153: 2150: 2127: 2057: 2051: 2042: 2036: 2033: 2020: 1797: 1791: 1782: 1776: 1773: 1760: 1542: 1533: 1524: 1518: 1424: 1418: 1411: 1402: 1390: 1381: 1345: 1339: 1293: 1287: 1272: 1260: 1216: 1210: 1173: 1167: 1158: 1152: 1149: 1136: 1055: 1049: 1002: 996: 884: 878: 828: 822: 819: 806: 716:and its Fourier transform are 620:{\displaystyle (Rf)(x):=f(-x)} 614: 605: 596: 590: 587: 578: 511: 505: 490: 478: 439: 433: 394: 388: 385: 372: 328: 322: 283: 277: 227: 221: 218: 205: 173: 13: 1: 8895: 7725:dominated convergence theorem 7494:approximation to the identity 5399:convergence of Fourier series 2273:{\displaystyle \zeta :=-\xi } 1551:{\displaystyle Rg(x):=g(-x).} 9083:Theorems in Fourier analysis 9052:I Woke Up In A Strange Place 6268:Tables of Fourier transforms 1561:Then we may instead define 767: 7: 4832:and for all test functions 4323:Square integrable functions 744:is continuous at the point 69:"Fourier inversion theorem" 10: 9104: 5283: 5280:Relation to Fourier series 2818:Conditions on the function 696:The theorem holds if both 571:is the flip operator i.e. 7723:, then it follows by the 4331:). For example, putting 4329:Fourier transform article 1482:define the flip operator 138:Fourier inversion theorem 18:Inverse Fourier transform 8913:This article includes a 8871: 6551: 6088:{\displaystyle -\infty } 1193:Fourier integral theorem 546:Fourier integral theorem 8942:more precise citations. 6108:{\displaystyle \infty } 9088:Schwartz distributions 8862: 8741: 8656: 8605: 8582: 8299: 8264: 8237: 8214: 8058: 7954: 7717: 7665:Since, by assumption, 7655: 7576: 7541: 7486: 7455: 7435: 7358: 7301: 7237: 7111: 7051: 6948: 6901: 6870: 6794: 6723: 6684: 6579: 6543: 6396: 6262:Riemann–Lebesgue lemma 6238: 6193: 6129: 6109: 6089: 6072:and the sum runs from 6066: 6035: 5927: 5805: 5704: 5595: 5483: 5388: 5356: 5336: 5313: 5270: 5156: 5056: 4974: 4944: 4874: 4826: 4773: 4729:The Fourier transform 4725:Tempered distributions 4694: 4572: 4545: 4484: 4314: 4270: 4193: 4165: 4086: 4048: 3847: 3818: 3787: 3602: 3547: 3518: 3498: 3478: 3458: 3396: 3272: 3241: 3110: 3053: 3018: 2935: 2909: 2882: 2808: 2679: 2639: 2274: 2245: 2221: 2184: 2104: 2067: 1979: 1922: 1885: 1804: 1730: 1693: 1663: 1630: 1552: 1496: 1476: 1448: 1317: 1183: 1103: 1072: 960: 932: 901: 786: 758: 738: 710: 687: 621: 565: 535: 411: 300: 185: 9078:Generalized functions 8863: 8742: 8657: 8606: 8583: 8300: 8265: 8263:{\displaystyle g_{x}} 8238: 8215: 8059: 7955: 7718: 7656: 7577: 7542: 7496:: for any continuous 7487: 7456: 7454:{\displaystyle \ast } 7436: 7359: 7302: 7238: 7112: 7052: 6949: 6902: 6871: 6795: 6724: 6685: 6580: 6544: 6397: 6239: 6194: 6126: 6110: 6090: 6067: 6036: 5928: 5806: 5705: 5596: 5484: 5389: 5357: 5337: 5335:{\displaystyle 2\pi } 5314: 5271: 5157: 5057: 4975: 4945: 4875: 4827: 4774: 4695: 4573: 4571:{\displaystyle L^{2}} 4546: 4485: 4315: 4271: 4194: 4166: 4087: 4049: 3848: 3819: 3788: 3603: 3548: 3519: 3499: 3479: 3459: 3397: 3273: 3242: 3111: 3054: 3019: 2936: 2910: 2883: 2809: 2680: 2640: 2275: 2246: 2222: 2185: 2105: 2068: 1980: 1923: 1886: 1805: 1731: 1694: 1664: 1631: 1553: 1497: 1477: 1449: 1318: 1184: 1104: 1073: 961: 933: 902: 787: 759: 739: 718:absolutely integrable 711: 688: 622: 566: 536: 412: 301: 186: 8757: 8669: 8615: 8595: 8312: 8274: 8247: 8227: 8071: 7967: 7734: 7669: 7586: 7551: 7500: 7469: 7445: 7371: 7311: 7250: 7125: 7064: 6958: 6911: 6883: 6804: 6733: 6698: 6589: 6578:{\displaystyle f(y)} 6560: 6406: 6274: 6203: 6152: 6099: 6076: 6048: 5938: 5816: 5720: 5606: 5494: 5408: 5366: 5346: 5323: 5288: 5169: 5066: 4984: 4957: 4887: 4836: 4783: 4736: 4585: 4555: 4497: 4338: 4286: 4206: 4183: 4098: 4061: 3860: 3828: 3808: 3615: 3568: 3546:{\displaystyle f(x)} 3528: 3508: 3488: 3468: 3409: 3284: 3254: 3123: 3076: 3028: 2954: 2919: 2899: 2847: 2700: 2691:function composition 2652: 2287: 2255: 2231: 2197: 2117: 2080: 2000: 1935: 1895: 1817: 1740: 1703: 1673: 1643: 1568: 1509: 1486: 1466: 1333: 1204: 1116: 1085: 973: 942: 922: 803: 776: 748: 728: 700: 634: 575: 555: 427: 316: 202: 159: 54:improve this article 8662:, fact 5 says that 8591:the convolution of 6258:Convolution theorem 3191: 2934:{\displaystyle f=g} 8915:list of references 8858: 8737: 8687: 8652: 8601: 8578: 8295: 8260: 8233: 8210: 8054: 7950: 7831: 7713: 7651: 7604: 7572: 7537: 7482: 7451: 7431: 7354: 7297: 7233: 7232: 7107: 7047: 6944: 6897: 6866: 6790: 6719: 6680: 6575: 6539: 6392: 6234: 6189: 6130: 6105: 6085: 6062: 6031: 5980: 5923: 5801: 5700: 5591: 5479: 5384: 5352: 5332: 5309: 5266: 5152: 5052: 4970: 4940: 4870: 4822: 4769: 4719:Carleson's theorem 4690: 4568: 4541: 4540: 4529: 4480: 4310: 4266: 4189: 4161: 4082: 4044: 3910: 3843: 3814: 3783: 3665: 3598: 3543: 3514: 3504:. 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