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公式

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結果

完全楕円積分の表
51
rows generated (first row k = 0)
# k K(k) E(k)
0 0 1.5707963268 1.5707963268
1 0.02 1.5709534418 1.5706392197
2 0.04 1.5714252114 1.570167568
3 0.06 1.5722129134 1.5693803786
4 0.08 1.5733186891 1.568275988
5 0.1 1.5747455615 1.5668520503
6 0.12 1.5764974611 1.5651055197
7 0.14 1.5785792598 1.5630326273
8 0.16 1.580996813 1.560628853
9 0.18 1.5837570122 1.5578888898
10 0.2 1.5868678475 1.554806602
11 0.22 1.5903384811 1.5513749753
12 0.24 1.5941793356 1.5475860589
13 0.26 1.5984021958 1.5434308965
14 0.28 1.6030203282 1.5388994483
15 0.3 1.6080486199 1.5339804978
16 0.32 1.6135037416 1.5286615464
17 0.34 1.6194043356 1.522928689
18 0.36 1.6257712374 1.5167664705
19 0.38 1.6326277338 1.5101577185
20 0.4 1.6399998659 1.5030833481
21 0.42 1.6479167867 1.4955221333
22 0.44 1.6564111832 1.4874504379
23 0.46 1.6655197786 1.4788418981
24 0.48 1.6752839313 1.4696670457
25 0.5 1.6857503548 1.4598928582
26 0.52 1.6969719877 1.4494822193
27 0.54 1.7090090521 1.4383932656
28 0.56 1.7219303517 1.4265785921
29 0.58 1.7358148763 1.4139842766
30 0.6 1.7507538029 1.4005486705
31 0.62 1.7668530174 1.3862008873
32 0.64 1.7842363259 1.3708588912
33 0.66 1.8030495951 1.3544270507
34 0.68 1.8234661602 1.3367929675
35 0.7 1.8456939984 1.3178233024
36 0.72 1.8699854005 1.2973581904
37 0.74 1.8966502641 1.2752036263
38 0.76 1.9260747573 1.2511208573
39 0.78 1.9587481843 1.2248112405
40 0.8 1.9953027777 1.1958939975
41 0.82 2.0365746658 1.1638724176
42 0.84 2.0837011184 1.1280804106
43 0.86 2.1382834421 1.0875937557
44 0.88 2.2026769671 1.0410735087
45 0.9 2.2805491384 0.9864673682
46 0.92 2.3780711768 0.9203779727
47 0.94 2.506864511 0.8365160987
48 0.96 2.6931429647 0.7209502402
49 0.98 3.0209804456 0.5298788872
50 1 無限大(Infinity) 1

この計算機でできること

この計算機は、2種類の完全楕円積分——第1種 \(K(k)\) と第2種 \(E(k)\)——を、母数 \(k\) を一定の刻みで変化させながら一覧表にします。初期値・刻み幅・行数を入力すると、\(k\) を初期値から1行ごとに刻み幅だけ増やしていき、各行の \(K(k)\) と \(E(k)\) を計算して表示します。これは純粋な数学(特殊関数)の計算であり、国や地域を問わず結果はまったく同じです。

k が 0 から 1 へ進むにつれて K(k) が垂直漸近線へと上昇し、E(k) が減少するグラフ
\(K(k)\) は \(k\) が 1 に近づくと発散し、\(E(k)\) は滑らかに減少します。

使い方

\(k\) の初期値(母数。単位のない比で \(-1 \le k \le 1\))、各行ごとに \(k\) に加える増分(刻み幅)(負の値でも構いません)、そして繰り返し回数(行数。1 以上の整数)を入力します。たとえば初期値 0、刻み 0.02、行数 51 とすれば、\(k\) は 0.00 から 1.00 まで変化します。これらの積分は \(k\) の2乗だけに依存するため、負の \(k\) は正の \(k\) と同じ値になります。

計算式の解説

ここで引数として扱うのは母数 \(k\) であり、母数パラメータ \(m = k^2\) ではありません。積分の形で書くと、\(K(k)\) は 0 から \(\pi/2\) までの \(d\theta / \sqrt{1 - k^2 \sin^2\theta}\) の積分、\(E(k)\) は同じ範囲で \(\sqrt{1 - k^2 \sin^2\theta}\; d\theta\) を積分したものです。

$$K(k_i) = \int_{0}^{\pi/2} \frac{d\theta}{\sqrt{1 - k_i^2 \sin^2\theta}}, \qquad E(k_i) = \int_{0}^{\pi/2} \sqrt{1 - k_i^2 \sin^2\theta}\; d\theta$$

計算には、高速かつ高精度な算術幾何平均(AGM)を用います:\(K(k) = \pi / (2 \cdot \operatorname{AGM}(1, \sqrt{1 - k^2}))\)。\(E(k)\) については AGM の途中で現れる \(c\) 項を積み上げて求めます:\(E(k) = K(k) \cdot (1 - \sum 2^{n-1} c_n^2)\)、ただし \(c_0^2 = k^2\) です。

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共通の算術幾何平均値へ収束する2つの数列の図
AGM は両方の数列が収束するまで算術平均と幾何平均を反復します。

計算例

\(k = 0.5\) のとき:\(1 - k^2 = 0.75\)、その平方根は \(0.8660254\)。\(\operatorname{AGM}(1, 0.8660254) \approx 0.9318082\) なので、\(K(0.5) = \pi / (2 \cdot 0.9318082) = 1.6857503548\) となります。\(c\) 項の総和は \(\approx 0.1339804\) で、\(E(0.5) = 1.6857503548 \cdot (1 - 0.1339804) = 1.4603362889\) です。

よくある質問

\(k = 1\) のときはどうなりますか? \(K(1)\) は無限大に発散します。一方、\(E(1)\) はちょうど 1 です。境界の行では計算が止まることなく、\(K\) に「Infinity(無限大)」、\(E\) に 1 が表示されます。

母数 \(k\) と \(m\) のどちらを使いますか? この計算機は母数 \(k\) を使用します。パラメータ \(m\) を持っている場合は、平方根をとって(\(k = \sqrt{m}\))から入力してください。

\(|k| > 1\) の場合はどうなりますか? それは実数の定義域 \(-1 \le k \le 1\) の外です。そのような行は定義域外として表示されます。

最終更新: