普朗歇爾定理

在數學中， 普朗歇爾定理（有時稱為 Parseval-Plancherel 恆等式 ）是調和分析的一個結果，它由米歇爾·普朗歇爾於1910年證明。它指出一個函數的模的平方的積分等於其頻譜的模平方的積分。也就是說，如果 $f(x)$ 是實軸上的函數，且有頻譜 ${\widehat {f}}(\xi )$ ，那麼

$\int _{-\infty }^{\infty }|f(x)|^{2}\,dx=\int _{-\infty }^{\infty }|{\widehat {f}}(\xi )|^{2}\,d\xi$

更精確的表述是，如果一個函數同時在 L^p 空間 $L^{1}(\mathbb {R} )$ 和 $L^{2}(\mathbb {R} )$ 中，那麼它的傅立葉變換也在 $L^{2}(\mathbb {R} )$ 中，且傅立葉變換是關於 $L^{2}$ 範數的等距映射。這意味著， $L^{1}(\mathbb {R} )\cap L^{2}(\mathbb {R} )$ 上的傅立葉變換可以唯一地擴張為一個 $L^{2}(\mathbb {R} )\mapsto L^{2}(\mathbb {R} )$ 的等距同構 ，後者有時稱為普朗歇爾變換。這個等距同構實際上是一個么正映射。實際上，這使得平方可積函數的傅立葉變換成為可能。

普朗歇爾定理在 n 維歐幾里德空間 $\mathbb {R} ^{n}$ 上仍然有效 。更一般地，該定理對局部緊阿貝爾群也成立。對於滿足某些技術上的假定的非交換局部緊群，還有另一個版本的普朗歇爾定理。這是非交換調和分析的主題。

傅立葉變換的么正性在科學和工程領域通常被稱為帕塞瓦爾定理，該定理基於一個用於證明傅立葉級數么正性的早期結果（但不那麼具有一般性）。

藉助極化恆等式，我們還可以將普朗歇爾定理用於計算 $L^{2}(\mathbb {R} )$ 中兩個函數的內積。也就是說，設 $f(x)$ 和 $g(x)$ 是兩個 $L^{2}(\mathbb {R} )$ 中的函數，而 ${\mathcal {P}}$ 表示普朗歇爾變換，則$$\int _{-\infty }^{\infty }f(x){\overline {g(x)}}\,dx=\int _{-\infty }^{\infty }({\mathcal {P}}f)(\xi ){\overline {({\mathcal {P}}g)(\xi )}}\,d\xi ,$$若 $f(x)$ 和 $g(x)$ 還是 $L^{1}(\mathbb {R} )$ 函數，那麼還有$$({\mathcal {P}}f)(\xi )={\widehat {f}}(\xi )=\int _{-\infty }^{\infty }f(x)e^{-2\pi i\xi x}\,dx,$$和$$({\mathcal {P}}g)(\xi )={\widehat {g}}(\xi )=\int _{-\infty }^{\infty }g(x)e^{-2\pi i\xi x}\,dx,$$於是有

$\int _{-\infty }^{\infty }f(x){\overline {g(x)}}\,dx=\int _{-\infty }^{\infty }{\widehat {f}}(\xi ){\overline {{\widehat {g}}(\xi )}}\,d\xi .$

參考文獻

• Plancherel, Michel, Contribution à l'étude de la représentation d'une fonction arbitraire par des intégrales définies, Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo, 1910, 30 (1): 289–335, doi:10.1007/BF03014877 .
• Dixmier, J., Les C*-algèbres et leurs Représentations, Gauthier Villars, 1969 .
• Yosida, K., Functional Analysis, Springer Verlag, 1968 .

外部連結

• Hazewinkel, Michiel (編), Plancherel theorem, 数学百科全书, Springer, 2001, ISBN 978-1-55608-010-4 
• Plancherel's Theorem on Mathworld