Wie soll ich mir die komplex-exponentielle Form von Sinuswellen vorstellen?

Angenommen, es gibt eine Sinuswelle mit Amplitude A , Frequenz ω , und Phasenverschiebung ψ , dann ist eine Möglichkeit, es zu schreiben A C Ö S ( ω T ψ ) . Es kann aber auch so geschrieben werden R e ( A e ich ( ω T ψ ) ) , und die Verwendung dieser komplex-exponentiellen Form scheint in der Technik, Physik und überall dort mit Fourier / Laplace-Transformationen üblich zu sein.

Ich verstehe, warum der Realteil der obigen Form ein Kosinus aus Eulers Formel ist e ich θ = C Ö S ( θ ) + ich S ich N ( θ ) , und ich verstehe die geometrische Intuition komplexer Zahlen als Punkte auf einer Ebene.

Welche Informationen verlieren wir jedoch, wenn wir den Imaginärteil des Komplex-Exponential wegwerfen? ICH M ( A e ich ( ω T ψ ) ) = A S ich N ( ω T ψ ) , das ist der Realteil etwas verschoben, also scheint es nichts zu sein. Aber es ist mir immer noch unangenehm, es zu benutzen A e ich ( ω T ψ ) anstelle von A C Ö S ( ω T ψ ) da ich nicht verstehe, warum hinzufügen ich S ich N ( ω T ψ ) (um die rechte Seite von Euler zu bekommen) ist zunächst gerechtfertigt.

Wie stelle ich mir also die komplexe Exponentialform von Sinuswellen vor? Wenn jemand sagt: „Da ist eine Sinuswelle mit Amplitude A , Frequenz ω , und Phasenverschiebung ψ ", kann ich in meinen Berechnungen bedenkenlos die komplexe Form anstelle der Kosinusform verwenden und am Ende einfach den reellen Teil nehmen?

Antworten (1)

Mir fällt ein wichtiges Gegenbeispiel aus meinem Bachelorstudium ein: Betrachten Sie die Energiedichte eines elektromagnetischen Feldes

u = 1 2 E . D + 1 2 B . H

Zeitableitung bilden:

D u D T = 1 2 ( E ˙ . D + D . E ˙ + B ˙ . H + B . H ˙ )

Nun nehme an E Und D sinusförmig variieren. Beim Rechnen E ˙ . D erhält man bei Verwendung der komplexen Darstellung unterschiedliche Antworten, je nachdem, wann man den Realteil nimmt:

R { E ˙ . D } R { E ˙ } . R { D }