這個計算器的用途
本工具會在指定的 x 範圍內,針對任意實數階數 v,建立第一類凱文函數一階導數 ber'_v(x) 與 bei'_v(x) 的數值表(並附上折線圖)。凱文函數常見於電機工程(導體中的集膚效應)、熱傳導,以及振盪黏性流的分析。只要對以凱文函數描述的場分布或電流密度分布進行微分,就會用到它們的導數。
使用方式
輸入階數 v(預設為 0)、x 的起始值、相鄰 x 值之間的增量,以及要產生的列數(重複次數)。計算器會依公式 x_i = startX + i·stepX(i = 0, 1, ..., count−1)產生各個 x 值,在每一點計算兩個導數,並輸出可捲動的數值表,以及兩條曲線的對照圖形。
公式說明
凱文函數的定義為 ber_v(x) + i·bei_v(x) = J_v(x·e^{3πi/4})。令 z = x·e^{3πi/4},並運用貝索函數的導數恆等式 J_v'(z) = (1/2)(J_{v-1}(z) − J_{v+1}(z)),再搭配連鎖律(dz/dx = e^{3πi/4}),即可得到 ber'_v(x) + i·bei'_v(x) = e^{3πi/4}·(1/2)·[J_{v-1}(z) − J_{v+1}(z)]。其中實部為 ber'_v(x),虛部為 bei'_v(x)。貝索函數值則以複數運算對冪級數逐項求和而得,並透過遞推比 t_{m+1} = t_m·(−(z/2)^2)/((m+1)(v+m+1)) 逐項推進,以維持數值穩定性。
範例演算
當 v = 0、x = 1 時,級數計算得到 ber'_0(1) ≈ −0.06245、bei'_0(1) ≈ 0.49740。當 x = 0 時,v = 0 的兩個導數值皆為 0。
常見問題
支援負的 x 嗎?支援。本工具採用複數形式的貝索級數,因此預設從 x = −10 開始的範圍都能完整計算。
階數 v 可以填哪些值?任意實數皆可,包含非整數與負數階,計算時以 Lanczos 伽瑪函數近似法求值。
當 |x| 很大時,精度如何?直接級數計算在約 x ∈ [−20, 20] 的範圍內可靠;超出此範圍後,級數中的數值相消可能使精度下降。