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Winkel eines komplexen Arguments

Universität / Fachhochschule

Tags: arctan, Komplexe Zahlen, Winkel

 
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Ronsen

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16:39 Uhr, 19.01.2017

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Ich versuche eine Python-Funktion nachzuvollziehen, siehe hier:
docs.scipy.org/doc/numpy-1.10.1/reference/generated/numpy.angle.html

Im Rahmen der Fouriertransformation würde ich gerne die Phasen einer komplexen Zahl im Fourierbereich ermitteln. Zum Beispiel für:

x=-85,4662709-78,44838705i

Ich nahm an, dafür müsste ich rechnen:

Phase = arctan(Im(x)/Re(x))

Aber damit komme ich nicht auf das Ergebnis, das mir Python ausrechnet. Außerdem kenne ich kein anderes Programm, das Winkelfunktionen und komplexe Zahlen gleichzeitig ausrechnen kann. Vielleicht kann mir ja jemand weiterhelfen; das Ergebnis, was Python mir ausspuckt, ist für dieses Beispiel Phase =-2.39898261296

Grüße,
Ron

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DrBoogie

DrBoogie aktiv_icon

17:01 Uhr, 19.01.2017

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Python gibt das Ergebnis in Rad aus, nicht in Grad.
Warum aber -2.39 und nicht z.B. 0.75 ausgegeben wird, weiß ich nicht (da Tangens periodisch ist mit Periode π=3.14, ist das Ergebnis von ArcusTangens nicht eindeutig).
Ronsen

Ronsen aktiv_icon

13:52 Uhr, 20.01.2017

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Okay, ich glaube, ich habe es jetzt begriffen.

Im Falle von negativem Imaginärteil und negativem Realteil wird gerechnet:

Phase = arctan(Im(x)/Re(x)) -π
Siehe Fallunterscheidung im Anhang.

Die -π habe ich vergessen. Damit komme ich auch auf das richtige Ergebnis. In meinem Beispiel wäre das:

Phase =0,743-π=-2,399

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DerDepp

DerDepp aktiv_icon

16:45 Uhr, 20.01.2017

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Hossa :-)

Wenn du die x- und y-Komponente hast, ist der Aufruf von arctan(y/x) immer die schlechteste Wahl, weil der zurück gelieferte Winkel eigentlich nie richtig ist und noch angepasst werden muss. Du vernichtest dabei nämlich die Information, in welchem Quadranten der Punkt liegt. Die Punkte (2,3) und (-2,-3) liefern z.B. denselben Winkel zurück, ebenso die Punkte (2,-3) und (-2,3).

Mit anderen Worten, vergiss die Funktion. In (fast) allen Programmiersprachen gibt es die Funktion atan2(y,x), der du die beiden Koordinaten separat übergeben kannst (Achtung, zuerst y, dann x). Diese Funktion berücksichtigt die Vorzeichen und kann daher den korrekten Quadranten bestimmen. Der zurückgelieferte Winkel stimmt daher immer!
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