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输入计算

积分上限(任意实数)

数学公式

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结果

双曲正弦积分
1.057250875376
Shi(x) = sinh(t)/t 从 0 到 x 的积分
Shi(x) 1.057250875376
Chi(x) 0.843281542654

什么是双曲正弦积分 Shi(x)?

双曲正弦积分记作 Shi(x),是一个特殊函数,定义为被积函数 sinh(t)/t 从 0 到 x 的定积分。乍一看,被积函数似乎会在 t = 0 处发散,但这个奇点其实是可去的:当 t 趋于 0 时,sinh(t)/t 趋于 1。正因如此,Shi(x) 在整条实轴上都是解析的,且 Shi(0) = 0。它还是一个奇函数,即满足 Shi(-x) = -Shi(x)。

Shi(x) 曲线,阴影部分为 0 到 x 之间 sinh(t)/t 下方的面积
Shi(x) 是由 sinh(t)/t 的积分定义的奇函数,平滑递增。

如何使用本计算器

在输入框中填入任意实数 x,计算器即可返回 Shi(x) 的值。当 x 大于 0 时,还会一并给出相关的双曲余弦积分 Chi(x)。当 x ≤ 0 时,Chi(x) 会被标记为「无定义」,因为它包含 ln(x) 项,会进入复数分支。结果采用双精度浮点运算,约保留十二位有效数字。

公式解析

本工具对麦克劳林级数 Shi(x) = x + x³/(3·3!) + x⁵/(5·5!) + … 进行求和,该级数对任意实数 x 都收敛。每一项都由前一项递推得到,从而避免阶乘溢出;当新增项相对于当前累加和已经小到可以忽略时,求和便停止。Chi(x) 则按 gamma + ln(x) + x²/(2·2!) + x⁴/(4·4!) + … 计算,其中 gamma 是欧拉-马歇罗尼常数,约等于 0.5772156649。

0 到 x 之间被积函数 sinh(t)/t 下方的面积
Shi(x) 等于 0 到 x 之间 sinh(t)/t 下方的阴影面积。

计算实例

取 x = 1:级数得到 1 + 1/18 + 1/600 + 1/35280 + … ≈ 1.0572508754。已知的参考值为 Shi(1) = 1.0572508753757285,Chi(1) = 0.8378669409765007,与本计算器的输出一致。

常见问题

Shi(x) 和正弦积分 Si(x) 是同一个函数吗?不是。Si(x) 对 sin(t)/t 求积分,而 Shi(x) 对双曲函数 sinh(t)/t 求积分。两者之间存在关系 Shi(x) = -i·Si(ix)。

为什么 x ≤ 0 时 Chi 无定义?因为 Chi(x) 含有 ln(x) 项;当 x 为负时该项变为复数,而在 x = 0 时则发散到负无穷。

x 最大能取到多少?由于 sinh 大致按 e^|x|/2 增长,当 |x| ≈ 700 附近时双精度浮点数就会溢出。对于中等大小的数值,该级数的精度极高。

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