指數積分 Ei(x) 數值表計算器是什麼?
這個工具能在一連串等間距的 x 值上,建立指數積分 Ei(x) 的數值表。你只要選定起始值、間距大小,以及想要的點數,計算器就會逐一算出每個 x 對應的 Ei 值。指數積分是一種特殊函數,廣泛出現在物理與工程領域,例如輻射傳輸、電子束模擬,以及積分的漸近分析。
使用方式
輸入 \(x\) 的初始值(第一列)、每往下一列要加上的增量,以及點數(列數)。第 \(n\) 列的 x 值為 \(x_n = \text{startX} + n \cdot \text{stepX}\),其中 \(n = 0, 1, \dots, \text{pointCount}-1\)。計算器會回傳每一組 \((x, \operatorname{Ei}(x))\) 數值,並附上第一列與最後一列的快速摘要。若間距設為零,整欄都會是相同的常數值;而 \(x = 0\) 沒有定義,因為 Ei 在此處有對數奇異點。
公式說明
本工具採用的收斂級數為 $$\operatorname{Ei}(x_n) = \gamma + \ln|x_n| + \sum_{k=1}^{\infty} \frac{x_n^{\,k}}{k \cdot k!}$$ 其中 \(\gamma\) 為歐拉—馬斯刻若尼常數(Euler-Mascheroni constant)\(0.5772156649\)。\(\ln|x|\) 中的絕對值搭配 \(x\) 的次方變化,能在正負兩個分支上都正確算出 Ei。當 \(|x|\) 很大時(約超過 40),級數會出現嚴重的相消誤差,因此改用漸近展開式 $$\operatorname{Ei}(x) \sim \frac{e^x}{x} \sum_{n} \frac{n!}{x^n}$$ 來計算。
實例演練
以 \(x = 1\) 為例:\(\ln|1| = 0\),而級數和約為 \(1.3179022\),因此 $$\operatorname{Ei}(1) = 0.5772157 + 0 + 1.3179022 = 1.8951178$$ 與標準表列值一致。同理,\(\operatorname{Ei}(2) = 4.9542344\),\(\operatorname{Ei}(-1) = -0.2193839\)。
常見問題
為什麼 x = 0 沒有定義?Ei(x) 在原點處有對數奇異點(\(\ln|x|\) 會發散),因此該值會以「非數字(NaN)」回報。
這個數值表有多準確?對於中等大小的 \(|x|\),級數所重現的 Ei 值大致達到機器精度;遇到大引數時則改用漸近展開作為後備,維持結果穩定。
Ei 與 E1 有什麼不同?兩者的關係為 \(\operatorname{Ei}(x) = -E_1(-x)\)(當 \(x < 0\));本計算器回傳的是 Ei 的主值(principal value)。