114年:醫物幅安(1)

關於傅立葉轉換的敘述,下列何者正確?

A餘弦波函數經過傅立葉轉換後之頻譜,在0的左右鏡像對稱
B餘弦波函數經過傅立葉轉換後之頻譜,在0的上下鏡像對稱
C正弦波函數經過傅立葉轉換後之頻譜,在0的左右鏡像對稱
D正弦波函數經過傅立葉轉換後之頻譜,在0的上下鏡像對稱

詳細解析

本題觀念:

本題考查的是醫學影像物理(如 MRI 影像處理)及信號與系統中極為核心的基礎數學概念:傅立葉轉換(Fourier Transform)的對稱性。 傅立葉轉換能將信號從「時域(Time Domain)」轉換至「頻域(Frequency Domain)」。根據尤拉公式(Euler's formula),任何弦波都可以分解為複數指數函數,進而在頻域上表現為特定的脈衝函數(Delta function)。掌握不同波形(正弦波與餘弦波)在頻域上的奇偶對稱性,是理解醫學影像頻譜(如 k-space)的基礎。

選項分析

  • (A) 餘弦波函數經過傅立葉轉換後之頻譜,在0的左右鏡像對稱 正確。根據尤拉公式,餘弦函數 cos(2πf0t)=12(ej2πf0t+ej2πf0t)\cos(2\pi f_0 t) = \frac{1}{2} (e^{j 2\pi f_0 t} + e^{-j 2\pi f_0 t})。 經過傅立葉轉換後,其頻譜為 12δ(ff0)+12δ(f+f0)\frac{1}{2}\delta(f - f_0) + \frac{1}{2}\delta(f + f_0)。這代表在頻率為 +f0+f_0 以及 f0-f_0 處,各存在一個振幅為 12\frac{1}{2} 的正向脈衝。這兩個脈衝的大小與符號完全相同,構成一個「偶函數(Even Function)」,在頻譜圖上呈現以頻率 00(Y軸)為中心的*

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