关于带分段常数的正Bump函数的Fourier变换渐近行为的技术问询
我目前有一个关于光滑紧支Bump函数傅里叶变换渐近行为的技术问题,先明确一下这个函数的定义:
考虑一个属于$C_0^\infty(\mathbb{R})$的Bump函数$f$,它满足:
\begin{align}
f(x) =
\begin{cases}
1\qquad \forall x\in (a,b),,
\
0\qquad \forall x\in \mathbb{R}\setminus(a-\epsilon,b+\epsilon)
\end{cases}
\end{align}
其中$\epsilon>0$。简单来说,这个函数在区间$(a,b)$上是常数1,然后在宽度为$\epsilon$的小窗口内平滑且单调地过渡到0,整体是光滑且紧支的。这个函数包含两个尺度参数:区间长度$\Delta = b-a>0$,以及过渡区域的宽度$\epsilon>0$。
我的核心问题是:针对这个函数的傅里叶变换,我们目前已知哪些和$\Delta$、$\epsilon$相关的结论?尤其是它的渐近行为。
我之前了解到(推测是基于驻相近似的结论),用$e{-\frac{1}{1-x2}}$构造的标准Bump函数,其傅里叶变换的渐近行为是$O(|k|{-3/4}e{-\sqrt{k}})$——衰减速度比任何多项式都快,但因为存在$1/|k|$项,所以带有“非解析”的部分。我现在希望搞清楚,上面定义的这个$f$的傅里叶变换,其渐近行为和$\Delta$、$\epsilon$的具体关联。
这里可以对比两个极端情况:
- 高斯函数$g(x) = e{-x2/\sigma^2}$(仅由宽度$\sigma$决定单一尺度),它是光滑但非紧支的,其傅里叶变换同样是高斯函数$\tilde{g}(k)\sim e{-\sigma2 k2}$,宽度为$\sigma{-1}$。
- 矩形函数$r(x)$,紧支但在边界处不连续,其傅里叶变换是sinc函数,即$\tilde{r}(k)\sim \sin(k \Delta )/k$,渐近行为为$O(1/|k|)$。
基于物理研究的直觉,我认为我们定义的这个$C^\infty_0(\mathbb{R})$的Bump函数$f$,它的傅里叶变换应该处于上述两者之间,大概形式为:
\begin{align}
\tilde{f}(k) \sim O(|k|{-\alpha}e{-k^{\beta}})
\end{align}
我猜测这里的参数满足$0<\alpha <1$且$0< \beta <1$。所以我想更明确地提出几个问题:
- 这个猜测是否正确?或者这已经是一个已知的结论?
- 如果是已知结论,能否推荐相关的论文、书籍等参考资料?
- 如果猜测错误,能否给出论证过程或者反例?
- 如果这其实是一个较为基础的结论而我暂时没理清思路,也希望能得到一些思路提示。
当然,如果能明确$\alpha$、$\beta$与$\Delta$、$\epsilon$的依赖关系就更好了,但我猜测这两个尺度参数可能只会出现在傅里叶系数中,而不会影响$\alpha$和$\beta$的取值。
备注:内容来源于stack exchange,提问作者Evangeline A. K. McDowell

