Найдем преобразование Фурье для функции , где m – натуральное число, а
– невещественная постоянная. Пусть, например,
.
Интеграл абсолютно сходится при
, но при
он существует как условно сходящийся в смысле
. При любом
этот интеграл удобно вычислять методом контурного интегрирования. При этом используется
Лемма Жордана. Пусть функция голоморфна в полуплоскости
всюду, за исключением изолированного множества особых точек, и
на полуокружности
стремится к нулю при
(или по последовательности
такой, что
не содержит особых точек
). Тогда для любого
интеграл
стремится к нулю при (или по соответствующей последовательности
).
Доказательство леммы Жордана. Обозначим через – правую половину
. В силу выпуклости синусоиды при
имеем
и, значит, на
справедлива
оценка . Поэтому
при .
Оценка для проводится аналогично:
.
Лемма Жордана доказана.
Для рассмотрим контур
так, чтобы выполнялась лемма Жордана для функции
при
. Внутри контура при достаточно большом значении N находится точка
– полюс подынтегральной функции. По теореме о вычетах
.
Указанный вычет легко сосчитать, если разложить функцию в ряд Тейлора по степеням
:
.
Вычет есть коэффициент при ; следовательно, для
.
Устремляя , получаем для
Для надо рассмотреть полуокружность
в нижней полуплоскости. Здесь по теореме Коши об интеграле по замкнутому контуру от голоморфной функции, получим
.
Итак, при имеем
Для случая аналогично можно найти
В обоих случаях функция экспоненциально убывает при
.
Любая дробно-рациональная функция, не имеющая особенностей на вещественной оси и стремящаяся к нулю на бесконечности, разлагается на простейшие дроби вида , где
. Поэтому полученные формулы позволяют написать преобразование Фурье от любой дробно-рациональной функции, при этом сохранится экспоненциальное убывание при
.
Рассмотрим второй пример. Найдем преобразование Фурье от функции
,
.
– интеграл от аналитической функции
по вещественной оси, z=x+iy. Так как
, то в любой горизонтальной полосе
подынтегральная функция при
стремится к нулю равномерно по y. Поэтому, используя теорему Коши, можно при интегрировании перейти на любую параллельную прямую в z –плоскости, не изменяя результата:
=
Положим , тогда
и по известной формуле
. (Известная формула – интеграл вероятности
).
В частности, для ,
, получаем
– функцию того же вида, отличающуюся от исходной функции только множителем
.