這個工具的用途
這個計算機接受任意單變數函數 \(f(x)\)、一個從 \(a\) 到 \(b\) 的閉區間,以及分割數 \(n\)。它會建立 \(n+1\) 個等距取樣點及對應的函數值表格,並呈現曲線在整個區間上的變化趨勢。無論是繪製圖形、尋找正負號變化(即根的所在位置),或是為梯形法、二分法等數值方法準備資料,都非常實用。
使用方式
請以標準數學符號輸入含 \(x\) 的算式:加減乘除使用 + - * /,次方使用 ^,並可搭配括號與下列函數:sin、cos、tan、asin、acos、atan、sinh、cosh、tanh、exp、sqrt、abs、ln 與 log。雙參數的 log(base, x) 可計算任意底數的對數,而 log(x) 則代表自然對數。系統亦支援常數 pi 與 e。接著設定下界 \(a\)、上界 \(b\),並從下拉選單選擇 \(n\)。所有三角函數的引數一律以弧度(radian)計算,而非角度。
公式說明
步長為 \(h = (b - a) / n\)。每個取樣點為 \(x_i = a + i\,h\),其中 \(i\) 從 0 取到 \(n\),因此恰好得到 \(n + 1\) 個點:\(f(a)\)、\(f(a+h)\)、\(f(a+2h)\)、……、\(f(b)\)。每個值 \(y_i\) 都是將解析後的算式代入 \(x = x_i\) 計算而得。若函數在某點無定義(例如除以零、對非正數取對數、對負數開根號),該點會被標示為「未定義」。
$$\begin{gathered} x_i = a + i\,h, \qquad y_i = f(x_i) \\[1.5em] \text{where}\quad \left\{ \begin{aligned} h &= \dfrac{b - a}{n} \\ i &= 0,\, 1,\, 2,\, \ldots,\, n \end{aligned} \right. \end{gathered}$$
範例演算
以 \(f(x) = x - \cos(x)\) 在 \([0, \pi]\) 區間、\(n = 4\) 為例,\(h = \pi/4 = 0.785398\)。各點的值為:\(x=0\) 時為 \(-1\);\(x=0.7854\) 時為 \(0.0783\);\(x=1.5708\) 時為 \(1.5708\);\(x=2.3562\) 時為 \(3.0633\);\(x=3.1416\) 時為 \(4.1416\)。曲線由 \(-1\) 穩定上升至約 \(4.14\),並在 \(x = 0\) 稍後處通過零點。
常見問題
角度是以度(degree)為單位嗎?不是。sin、cos 與 tan 都使用弧度。若要換算角度,請將度數乘以 \(\pi/180\)。
總共會產生幾個點?永遠是 \(n + 1\) 個,因為兩個端點 \(a\) 與 \(b\) 都會被包含在內。
如果 a 大於 b 會怎樣?步長 \(h\) 會變成負值,表格便從 \(a\) 往下遞減至 \(b\),計算結果仍然有效。