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思考采样问题

Jia-Yin大约 2 分钟comm

现在假设质点每秒绕圆周转9圈,像这样:

你可能会发现圆周上的点绕得很快,看不太清楚;也有可能看到它跳来跳去,好像顺转又好像逆转。基本上这是因为屏幕有一定的闪烁频率,而且动画的运算也需要时间,我们没有办法呈现太快的转速。

那我们把动画做成十倍速的慢动作,等于把时间轴放大十倍来观察,我们会看到下面的结果:

现在一样每秒采样十次,由于每 1/10 秒质点会绕圆周 9/10 圈,因此我们会看到下面的结果。观察的时候请仔细看闪烁的红点,这边我们把质点轨迹和采样点同时呈现,以便观察两者之间的关联。:

现在我们把原来的质点拿掉,只看采样点的变化,结果如下:

很显然地,如果你只能看到采样点,而且把采样点出现的时间和位置记录下来,可能就会推想质点是绕著圆周顺时针旋转,如下图所示:

练习 2

  1. 只从记录的采样点来推算质点的运动,最可能直接想到的转速为何?
  2. 质点的转速和采样速度同时乘上一个倍数,例如转速1,每秒采样10次,变成转速10,每秒采样100次,仿真图会产生什么变化?
  3. 质点的转速增加采样速度的整数倍,例如每秒采样10次,但转速从1变成11,对于采样有何影响?
  4. 如果你知道质点以定速旋转,可能顺时针转或逆时针转,但转速肯定不超过10。我们有没有可能用采样记录来推估实际的转速呢?如果不可能,原因为何?如果可能,采样速度会有什么限制?
  5. 如果质点的转速刚好是采样速度的整数倍,例如转速为50,而采样速度为10,则采样的结果为何?