요약

시간축을 뒤집어도 그대로인 신호가 짝 신호(\(\cos t\)처럼 세로축에 대해 좌우 대칭), 뒤집으면 부호만 바뀌는 신호가 홀 신호(\(\sin t\)처럼 원점에 대해 대칭)다. 어떤 신호든 짝 부분과 홀 부분의 합으로 꼭 한 가지 방법으로 나눌 수 있다. 홀 신호는 \(t = 0\)에서 값이 반드시 0이다.

예시로 보기

단위 계단 \(u[n]\)(\(n \ge 0\)에서 1, 그 밖은 0)은 짝도 홀도 아니다. 그래도 둘로 나눌 수 있다.

\(n\) \(\cdots, -2, -1\) \(0\) \(1, 2, \cdots\)
\(u[n]\) 0 1 1
짝 부분 \(\mathcal{E}v\{u[n]\}\) \(\frac12\) 1 \(\frac12\)
홀 부분 \(\mathcal{O}d\{u[n]\}\) \(-\frac12\) 0 \(\frac12\)

두 줄을 더하면 첫 줄이 된다. 짝 부분은 좌우가 같고, 홀 부분은 좌우 부호가 반대다.

정의

  연속 시간 이산 시간
짝 신호 \(x(-t) = x(t)\) \(x[-n] = x[n]\)
홀 신호 \(x(-t) = -x(t)\) \(x[-n] = -x[n]\)

홀 신호에 \(t = 0\)을 넣으면 \(x(0) = -x(0)\)이므로 \(x(0) = 0\)이다.

신호를 뒤집은 것과 원래 신호를 더하면 짝, 빼면 홀이 된다. 그래서 짝 부분과 홀 부분은 다음과 같다.

\[\mathcal{E}v\{x(t)\} = \tfrac12\bigl[x(t) + x(-t)\bigr], \qquad \mathcal{O}d\{x(t)\} = \tfrac12\bigl[x(t) - x(-t)\bigr]\]

두 식을 더하면 \(x(t)\)가 그대로 나온다. 짝 부분에 \(-t\)를 넣으면 식이 그대로이고, 홀 부분에 넣으면 부호만 바뀐다. 문서에서는 짧게 \(x_e(t)\), \(x_o(t)\)로도 쓴다.

예제

예 \(x[n] = 3\cos(6\pi n) + 4\sin(8\pi n)\)의 짝 부분과 홀 부분

  • 뒤집기: \(\cos\)는 짝, \(\sin\)은 홀이므로 \(x[-n] = 3\cos(6\pi n) - 4\sin(8\pi n)\).
  • 짝 부분: \(\frac12(x[n] + x[-n]) = 3\cos(6\pi n)\).
  • 홀 부분: \(\frac12(x[n] - x[-n]) = 4\sin(8\pi n)\).

계산 방법은 맞다. 다만 \(n\)이 정수이므로 \(\sin(8\pi n) = 0\), \(\cos(6\pi n) = 1\)이라 이 신호는 사실 상수 \(x[n] = 3\)이고 홀 부분은 0이다. 같은 식을 연속 시간 \(t\)로 바꾸면 홀 부분이 실제로 \(4\sin(8\pi t)\)가 된다1.

검증: \(u[n]\)의 분해(그림 1.18), 무작위 신호의 분해가 짝·홀 조건을 만족하고 합이 원래 신호임, 위 예제의 분해와 정수 \(n\)에서 값이 3임을 확인 — 07_even-odd-signals_verify.py

활용

  • 3장 푸리에 급수에서, 실수 짝 신호는 코사인 항만, 실수 홀 신호는 사인 항만 가진다. 계산할 항이 절반으로 준다.
  • 홀 신호를 대칭 구간 \([-T, T]\)에서 적분하면 0이다. 적분 계산을 줄이는 데 자주 쓴다1.

연결

확인 문제

C1 \(x(t)\)의 짝 부분과 홀 부분을 식으로 쓰라.

답: \(x_e(t) = \frac12[x(t) + x(-t)]\), \(x_o(t) = \frac12[x(t) - x(-t)]\).

C2 홀 신호는 왜 \(t = 0\)에서 반드시 0인가?

답: 정의 \(x(-t) = -x(t)\)에 \(t = 0\)을 넣으면 \(x(0) = -x(0)\), 즉 \(2x(0) = 0\)이다.

C3 \(x(t) = e^{t}\)의 짝 부분과 홀 부분은?

답: \(\frac12(e^t + e^{-t}) = \cosh t\), \(\frac12(e^t - e^{-t}) = \sinh t\).

  1. 검증 코드로 확인했다. ↩ ↩2