通过MCP连接 →

输入计算

数学公式

广告

结果

1
双曲余弦积分 Chi(x)
0.837866941
无量纲
函数 Chi(x) = γ + ln(x) + ∫₀ˣ (cosh t − 1)/t dt
计算方法 Power series (x ≤ 20) / asymptotic expansion (x > 20)

什么是双曲余弦积分 Chi(x)?

双曲余弦积分记作 Chi(x),是一个特殊函数,其定义为积分 Chi(x) = γ + ln(x) + ∫₀ˣ (cosh t − 1)/t dt,其中 γ 是欧拉–马歇罗尼常数(约为 0.5772156649)。它是普通余弦积分 Ci(x) 的双曲对应函数,常出现在物理学、信号分析以及指数积分理论中。本计算器可对任意大于 0 的实参数 x 求出 Chi(x) 的值。

Chi(x) 曲线从负无穷上升,在正 x 轴上穿过零点
x > 0 时的双曲余弦积分 Chi(x),在零附近趋向负无穷并急剧上升。

如何使用本计算器

输入一个正实数 x 并提交即可。计算结果为无量纲数值 Chi(x)。由于 Chi(x) 中含有 ln(x) 项,当 x 从正方向趋近于 0 时函数趋于负无穷;而对于小于等于 0 的实数 x,函数无定义,因此本工具只接受 x > 0。Chi(x) 在自变量较小时为负值,约在 x = 0.523822 处穿过零点,此后转为正值并迅速增大。

公式详解

在实际计算中,我们采用处处收敛的幂级数 Chi(x) = γ + ln(x) + x²/4 + x⁴/96 + x⁶/4320 + ⋯,即对 k 求和的 x^(2k)/((2k)(2k)!)。累加各项,直到某一项相对于部分和小于机器精度为止。当 x 非常大(x > 20)时,级数各项可能超出双精度浮点数的表示范围,因此计算器会切换到渐近展开式 Chi(x) ~ (eˣ / 2x)(1 + 1/x + 2/x² + ⋯)。

被积函数 (cosh t 减 1) 除以 t 下方、从 0 到 x 的阴影区域
积分项累积从 0 到 x 处 (cosh t − 1)/t 下方的面积。

计算示例

当 x = 1 时,ln(1) = 0,级数部分给出 0.25 + 0.0104167 + 0.0002315 + ⋯ = 0.2606514。再加上 γ:Chi(1) = 0.5772157 + 0.2606514 = 0.8378670,与参考值 Chi(1) = 0.8378670410 一致。

常见问题

为什么 x 必须为正数? ln(x) 项使得 Chi(x) 对于实数 x ≤ 0 无定义;对于负数 x,其主值为复数,即 Chi(x) = Chi(|x|) + i·π。

Chi 与其他函数有何关系? 当 x > 0 时,Chi(x) = (Ei(x) + E1(x))/2,且 Chi(x) + Shi(x) = Ei(x),其中 Shi 为双曲正弦积分。

计算结果有多精确? 结果以双精度浮点数计算,对于常见输入约可达到 15 位有效数字的精度。

最后更新: