La funzione rampa è una funzione reale elementare, facilmente calcolabile come la media aritmetica della variabile indipendente e del suo valore assoluto.
Questa funzione è utilizzata nel campo dell'ingegneria (ad esempio, nella teoria del DSP). Il nome funzione rampa deriva dalla forma del suo grafico.
Definizioni Grafico della funzione rampa La funzione rampa R ( x ) : R → R {\displaystyle R(x):\mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} } può essere definita analiticamente in svariati modi. Definizioni possibili sono le seguenti.
R ( x ) := { x , x ≥ 0 ; 0 , x < 0. {\displaystyle R(x):={\begin{cases}x,&x\geq 0;\\0,&x<0.\end{cases}}} La media tra una linea retta con pendenza unitaria e il suo modulo: R ( x ) := x + | x | 2 , {\displaystyle R(x):={\frac {x+|x|}{2}},} ciò può essere ottenuto notando la definizione seguente: max ( a , b ) = a + b + | a − b | 2 {\displaystyle \max(a,b)={\frac {a+b+|a-b|}{2}}} , per cui a = x {\displaystyle a=x} e b = 0. {\displaystyle b=0.}
La funzione gradino moltiplicata per una linea retta con pendenza unitaria: R ( x ) := x H ( x ) . {\displaystyle R\left(x\right):=xH\left(x\right).} La convoluzione della funzione gradino con sé stessa: R ( x ) := H ( x ) ∗ H ( x ) . {\displaystyle R\left(x\right):=H\left(x\right)*H\left(x\right).} L'integrale della funzione gradino: R ( x ) := ∫ − ∞ x H ( ξ ) d ξ . {\displaystyle R(x):=\int _{-\infty }^{x}H(\xi )\mathrm {d} \xi .}
Proprietà analitiche
Non negatività In tutto il dominio la funzione è non negativa R ( x ) ⩾ 0 {\displaystyle R(x)\geqslant 0} per ogni x ∈ R . {\displaystyle x\in \mathbb {R} .} Quindi la funzione è uguale al suo valore assoluto: | R ( x ) | = R ( x ) . {\displaystyle \left|R\left(x\right)\right|=R\left(x\right).}
Derivata La sua derivata è la funzione gradino:
R ′ ( x ) = H ( x ) s e x ≠ 0. {\displaystyle R'(x)=H(x)\ \mathrm {se} \ x\neq 0.} Segue dalla quinta definizione.
La trasformata di Fourier di R ( x ) {\displaystyle R(x)} è:
F { R ( x ) } ( f ) {\displaystyle {\mathcal {F}}\left\{R(x)\right\}(f)} = {\displaystyle =} ∫ − ∞ + ∞ R ( x ) e − 2 π i f x d x {\displaystyle \int _{-\infty }^{+\infty }R(x)e^{-2\pi ifx}dx} = {\displaystyle =} i δ ′ ( f ) 4 π − 1 4 π 2 f 2 , {\displaystyle {\frac {i\delta '(f)}{4\pi }}-{\frac {1}{4\pi ^{2}f^{2}}},} dove δ ( x ) {\displaystyle \delta (x)} è la delta di Dirac.
La trasformata di Laplace di R ( x ) {\displaystyle R(x)} è:
L { R ( x ) } ( s ) = ∫ 0 + ∞ e − s x R ( x ) d x = 1 s 2 . {\displaystyle {\mathcal {L}}\left\{R\left(x\right)\right\}(s)=\int _{0}^{+\infty }e^{-sx}R(x)dx={\frac {1}{s^{2}}}.}
Proprietà algebriche
Invarianza alle iterazioni Ogni funzione iterata della rampa è uguale a sé stessa, cioè
R ( R ( x ) ) = R ( x ) . {\displaystyle R\left(R\left(x\right)\right)=R\left(x\right).} Dimostrazione: R ( R ( x ) ) = R ( x ) + | R ( x ) | 2 = R ( x ) + R ( x ) 2 = 2 R ( x ) 2 = R ( x ) . {\displaystyle R(R(x))={\frac {R(x)+|R(x)|}{2}}={\frac {R(x)+R(x)}{2}}={\frac {2R(x)}{2}}=R(x).}
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