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輸入計算

數學公式

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結果

Modified Bessel Function Kν(x), order ν = 0
2.427069
value at the first x in the table (51 rows total)
x Kν(x)
0.100000 2.427069
0.200000 1.752704
0.300000 1.372460
0.400000 1.114529
0.500000 0.924419
0.600000 0.777522
0.700000 0.660520
0.800000 0.565347
0.900000 0.486730
1.000000 0.421024
1.100000 0.365602
1.200000 0.318508
1.300000 0.278248
1.400000 0.243655
1.500000 0.213806
1.600000 0.187955
1.700000 0.165496
1.800000 0.145931
1.900000 0.128846
2.000000 0.113894
2.100000 0.100784
2.200000 0.089269
2.300000 0.079140
2.400000 0.070217
2.500000 0.062348
2.600000 0.055398
2.700000 0.049255
2.800000 0.043820
2.900000 0.039006
3.000000 0.034740
3.100000 0.030955
3.200000 0.027595
3.300000 0.024611
3.400000 0.021958
3.500000 0.019599
3.600000 0.017500
3.700000 0.015631
3.800000 0.013966
3.900000 0.012482
4.000000 0.011160
4.100000 0.009980
4.200000 0.008927
4.300000 0.007988
4.400000 0.007149
4.500000 0.006400
4.600000 0.005730
4.700000 0.005132
4.800000 0.004597
4.900000 0.004119
5.000000 0.003691
5.100000 0.003308

這個計算器的功能

本工具可列出並繪製第二類修正貝索函數 \(K_{\nu}(x)\) 的數值與圖形。只要給定一個固定的實數階數 \(\nu\) 以及一段 \(x\) 的掃描範圍,它就會回傳一張「\(x\) 對 \(K_{\nu}(x)\)」的雙欄數值表,並附上一張折線圖,讓你直觀看到函數如何衰減。這是純粹的數學運算,適用於世界各地,沒有任何地區性的前提假設。

背景知識

修正貝索函數是修正貝索方程式 $$x^2 y'' + x y' - (x^2 + \nu^2)y = 0$$ 的兩個獨立解。第一類 \(I_{\nu}(x)\) 會隨 \(x\) 增大而成長;第二類 \(K_{\nu}(x)\) 則呈指數衰減。要特別注意的是 \(K_{\nu}(x) = K_{-\nu}(x)\),因此階數的正負並不影響結果——計算器內部一律取 \(|\nu|\) 處理。

若干階數的第二類修正貝塞爾函數折線圖,隨 x 增大均衰減趨於零
對於若干階數 ν,Kν(x) 單調遞減,並在 x = 0 附近發散。

使用方法

請輸入階數 \(\nu\)(任意實數)、\(x\) 的起始值、每一列加到 \(x\) 上的增量,以及重複次數(也就是 \(x\) 取樣點數/表格列數)。第 \(i\) 列使用的 \(x = \text{起始值} + i\cdot\text{增量}\)。由於 \(K_{\nu}(x)\) 僅在 \(x > 0\) 時有定義,且當 \(x \to 0^{+}\) 時會發散至 \(+\infty\),因此若某一列的 \(x = 0\)(或為負值),結果會顯示為 Infinity(無限大)。

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公式說明

計算器採用其積分表示式 $$K_{\nu}(x) = \int_{0}^{\infty} e^{-x \cosh t}\,\cosh\!\left(\nu\, t\right)\,dt$$ 並以複合辛普森積分法(composite Simpson quadrature)進行數值計算。當被積函數小到可忽略時(即 \(x\cdot\cosh t\) 超過約 45 時),積分上限便會被截斷。這個形式在整數階數時不會出現奇異點,因此 \(K_0\)、\(K_1\)…… 都能直接求得,不會碰到含 \(I_{\nu}\) 的封閉解所遇到的 \(0/0\) 問題。

被積函數 e^{-x cosh t} cosh(νt) 的示意圖,顯示從零到無窮積分的曲線下面積
Kν(x) 是被積函數從 t = 0 到 ∞ 的曲線下面積。

實際範例

當 \(\nu = 0\)、起始值 \(= 0.1\)、增量 \(= 0.1\)、重複次數 \(= 3\) 時,所得表格為:\(x = 0.1 \rightarrow 2.427069\)、\(x = 0.2 \rightarrow 1.752704\)、\(x = 0.3 \rightarrow 1.372460\)。這些數值與標準的 \(K_0\) 函數表完全吻合。

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常見問題

為什麼第一個數值有時會是 \(\infty\)?因為 \(K_{\nu}(0)\) 會發散;請改用一個較小的正數作為起始值,例如 \(0.1\)。

可以輸入負的階數嗎?可以——由於 \(K_{\nu}(x) = K_{-\nu}(x)\),\(-\nu\) 的結果會與 \(\nu\) 完全相同。

為什麼 \(x\) 較大時數值會變成 0?因為 \(K_{\nu}(x)\) 的衰減趨勢約為 \(\sqrt{\pi/2x}\cdot e^{-x}\),所以當 \(x\) 很大時數值會下溢(underflow)為 0,這是正確的結果。

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