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公式

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結果

h_v^(1)(x) at order v = 0, x = 1
0.841471 -0.540302 i
magnitude = 1 · 10 points
-0.540302
# x 実部 虚部 絶対値
0 1 0.841471 -0.540302 1
1 2 0.454649 0.208073 0.5
2 3 0.04704 0.329997 0.333333
3 4 -0.189201 0.163411 0.25
4 5 -0.191785 -0.056732 0.2
5 6 -0.046569 -0.160028 0.166667
6 7 0.093855 -0.1077 0.142857
7 8 0.12367 0.018188 0.125
8 9 0.045791 0.101237 0.111111
9 10 -0.054402 0.083907 0.1

球ハンケル関数 数表計算機とは?

このツールは、第1種の球ハンケル関数 h_v^(1)(x) と第2種の球ハンケル関数 h_v^(2)(x)、さらにそれぞれの1階導関数を、指定した整数次数 v について、実引数 x の連続した値ごとに数表として出力する汎用の数学ツールです。これらの関数は複素数値をとるため、各行では実部・虚部に加えて絶対値(大きさ)も表示します。

使い方

まず数表化する関数を選びます(第1種、第2種、またはいずれかの導関数)。次に整数次数 v、x の初期値、x の刻み幅(増分)、生成する点の数を入力します。計算機は k = 0 から N-1 までの各 k に対して x = initialX + k × stepX で行を作成し、選択した関数を各 x で評価します。

計算式の解説

球ベッセル関数は閉じた形で表せます。j_0(x) = sin(x)/x、j_1(x) = sin(x)/x^2 - cos(x)/x、y_0(x) = -cos(x)/x、y_1(x) = -cos(x)/x^2 - sin(x)/x です。これより高い次数は、3項漸化式 f_{v+1} = ((2v+1)/x) f_v - f_{v-1} に従います。そして h_v^(1) = j_v + i y_v、h_v^(2) = j_v - i y_v(複素共役)と定義されます。導関数は f_v'(x) = f_{v-1}(x) - ((v+1)/x) f_v(x) で計算し、f_0' = -f_1 となります。

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球ベッセル成分から構成された複素平面上のベクトルとしての複素球ハンケル関数
球ハンケル関数は j_v(x)(実軸)と y_v(x)(虚軸)を単一の複素値に統合します。

計算例

v = 0、initialX = 2 のときの h_v^(1)(x) を求めてみましょう。j_0(2) = sin(2)/2 = 0.4546487、y_0(2) = -cos(2)/2 = 0.2080734 なので、h_0^(1)(2) = 0.4546487 + 0.2080734 i となり、絶対値は 1/x = 0.5 です。第2種 h_0^(2)(2) では虚部の符号が反転して -0.2080734 になります。

x に対する球ハンケル関数の実部と虚部の振動・減衰する曲線
h_v(x) の実部と虚部は x が増加するにつれて振動しながら減衰します。

よくある質問

なぜ x = 0 は使えないのですか? どの計算式も x で割る形になっており、x が 0 に近づくと y_v が発散します。そのため、該当する行は特異点として扱われます。

なぜ |h_0^(1)(x)| は 1/x になるのですか? j_0^2 + y_0^2 = (sin^2 x + cos^2 x)/x^2 = 1/x^2 が成り立つためです。

非整数の次数にも対応していますか? このバージョンは整数次数に厳密な閉じた形と漸化式を用いており、非整数の次数には対応していません。

最終更新: