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输入计算

数学公式

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结果

第一类切比雪夫多项式
T_3(x)
101 rows computed
阶数 n3
T_n(x) 最小值-1
T_n(x) 最大值1
x T_3(x)
-1 -1
-0.98 -0.824768
-0.96 -0.658944
-0.94 -0.502336
-0.92 -0.354752
-0.9 -0.216
-0.88 -0.085888
-0.86 0.035776
-0.84 0.149184
-0.82 0.254528
-0.8 0.352
-0.78 0.441792
-0.76 0.524096
-0.74 0.599104
-0.72 0.667008
-0.7 0.728
-0.68 0.782272
-0.66 0.830016
-0.64 0.871424
-0.62 0.906688
-0.6 0.936
-0.58 0.959552
-0.56 0.977536
-0.54 0.990144
-0.52 0.997568
-0.5 1
-0.48 0.997632
-0.46 0.990656
-0.44 0.979264
-0.42 0.963648
-0.4 0.944
-0.38 0.920512
-0.36 0.893376
-0.34 0.862784
-0.32 0.828928
-0.3 0.792
-0.28 0.752192
-0.26 0.709696
-0.24 0.664704
-0.22 0.617408
-0.2 0.568
-0.18 0.516672
-0.16 0.463616
-0.14 0.409024
-0.12 0.353088
-0.1 0.296
-0.08 0.237952
-0.06 0.179136
-0.04 0.119744
-0.02 0.059968
0 -0
0.02 -0.059968
0.04 -0.119744
0.06 -0.179136
0.08 -0.237952
0.1 -0.296
0.12 -0.353088
0.14 -0.409024
0.16 -0.463616
0.18 -0.516672
0.2 -0.568
0.22 -0.617408
0.24 -0.664704
0.26 -0.709696
0.28 -0.752192
0.3 -0.792
0.32 -0.828928
0.34 -0.862784
0.36 -0.893376
0.38 -0.920512
0.4 -0.944
0.42 -0.963648
0.44 -0.979264
0.46 -0.990656
0.48 -0.997632
0.5 -1
0.52 -0.997568
0.54 -0.990144
0.56 -0.977536
0.58 -0.959552
0.6 -0.936
0.62 -0.906688
0.64 -0.871424
0.66 -0.830016
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0.74 -0.599104
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0.78 -0.441792
0.8 -0.352
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0.84 -0.149184
0.86 -0.035776
0.88 0.085888
0.9 0.216
0.92 0.354752
0.94 0.502336
0.96 0.658944
0.98 0.824768
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什么是第一类切比雪夫多项式?

第一类切比雪夫多项式记作 T_n(x),是一族正交多项式,在数值分析、逼近论、信号处理以及数字滤波器设计中应用极为广泛。本计算器可在你指定的 x 区间上生成 T_n(x) 的数值表(同时勾勒出函数曲线的走势),只需给定阶数 n、起始 x 值、步长以及行数即可。它是一款纯数学工具,全球通用,不涉及任何地区性规则。

在从负一到一的区间上前几个第一类切比雪夫多项式的曲线
T_0 到 T_4 在 [-1, 1] 上的图像,均在 -1 与 1 之间振荡。

如何使用

填入阶数 n(非负整数,例如 0、1、2、3……);设置 x 的起始值(标准定义域为 -1 到 1,但递推公式对任意实数 x 同样成立);再选择每一行 x 递增的步长,以及要生成的行数。默认参数为起始 x = -1、步长 = 0.02、行数 = 101,会让 x 从 -1.00 一直走到 +1.00(含端点)。

计算公式

这里采用稳健的三项递推关系:

T_0(x) = 1,T_1(x) = x,当 k ≥ 2 时 T_k(x) = 2x · T_{k-1}(x) - T_{k-2}(x)。

等价地,在区间 -1 ≤ x ≤ 1 上还有三角函数形式 T_n(x) = cos(n · arccos x)。前几个具体的多项式为:T_2(x) = 2x² - 1,T_3(x) = 4x³ - 3x,T_4(x) = 8x⁴ - 8x² + 1。在 [-1, 1] 上,函数值始终满足 |T_n(x)| ≤ 1;一旦超出这一区间,数值便会迅速增大。

展示每个切比雪夫多项式由前两个多项式构造的递推关系图
三项递推关系:每个 T_n 都由 T_{n-1} 和 T_{n-2} 构造而成。

实例演算

取 n = 3,则多项式为 T_3(x) = 4x³ - 3x。当 x = -1:4(-1) - 3(-1) = -1;当 x = -0.5:4(-0.125) + 1.5 = 1;当 x = 0:0;当 x = 0.5:0.5 - 1.5 = -1;当 x = 1:4 - 3 = 1。因此,参数为起始 x = -1、步长 = 0.5、行数 = 5 的数值表会得到序列:-1、1、0、-1、1。

常见问题

n 可以取 0 吗?可以。对任意 x 都有 T_0(x) = 1,所以表中每一行都显示 1。

x 能超出 [-1, 1] 吗?可以——递推公式照样能算出正确的结果(数值可能很大);只有三角函数形式才被限制在 |x| ≤ 1 之内。

步长设为 0 会怎样?每一行都会重复同一个 x 值,这是允许的,只不过会得到一张数值恒定的表格。

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