通过MCP连接 →

输入计算

数学公式

广告

结果

开尔文函数的一阶导数
101
points for order v = 0
x ber'_v(x) bei'_v(x)
-10 NaN NaN
-9.8 NaN NaN
-9.6 NaN NaN
-9.4 NaN NaN
-9.2 NaN NaN
-9 NaN NaN
-8.8 NaN NaN
-8.6 NaN NaN
-8.4 NaN NaN
-8.2 NaN NaN
-8 NaN NaN
-7.8 NaN NaN
-7.6 NaN NaN
-7.4 NaN NaN
-7.2 NaN NaN
-7 NaN NaN
-6.8 NaN NaN
-6.6 NaN NaN
-6.4 NaN NaN
-6.2 NaN NaN
-6 NaN NaN
-5.8 NaN NaN
-5.6 NaN NaN
-5.4 NaN NaN
-5.2 NaN NaN
-5 NaN NaN
-4.8 NaN NaN
-4.6 NaN NaN
-4.4 NaN NaN
-4.2 NaN NaN
-4 NaN NaN
-3.8 NaN NaN
-3.6 NaN NaN
-3.4 NaN NaN
-3.2 NaN NaN
-3 NaN NaN
-2.8 NaN NaN
-2.6 NaN NaN
-2.4 NaN NaN
-2.2 NaN NaN
-2 NaN NaN
-1.8 NaN NaN
-1.6 NaN NaN
-1.4 NaN NaN
-1.2 NaN NaN
-1 NaN NaN
-0.8 NaN NaN
-0.6 NaN NaN
-0.4 NaN NaN
-0.2 NaN NaN
0 0 0
0.2 NaN NaN
0.4 NaN NaN
0.6 NaN NaN
0.8 NaN NaN
1 NaN NaN
1.2 NaN NaN
1.4 NaN NaN
1.6 NaN NaN
1.8 NaN NaN
2 NaN NaN
2.2 NaN NaN
2.4 NaN NaN
2.6 NaN NaN
2.8 NaN NaN
3 NaN NaN
3.2 NaN NaN
3.4 NaN NaN
3.6 NaN NaN
3.8 NaN NaN
4 NaN NaN
4.2 NaN NaN
4.4 NaN NaN
4.6 NaN NaN
4.8 NaN NaN
5 NaN NaN
5.2 NaN NaN
5.4 NaN NaN
5.6 NaN NaN
5.8 NaN NaN
6 NaN NaN
6.2 NaN NaN
6.4 NaN NaN
6.6 NaN NaN
6.8 NaN NaN
7 NaN NaN
7.2 NaN NaN
7.4 NaN NaN
7.6 NaN NaN
7.8 NaN NaN
8 NaN NaN
8.2 NaN NaN
8.4 NaN NaN
8.6 NaN NaN
8.8 NaN NaN
9 NaN NaN
9.2 NaN NaN
9.4 NaN NaN
9.6 NaN NaN
9.8 NaN NaN
10 NaN NaN

这个计算器能做什么

本工具可在指定的 x 范围内,针对任意实数阶 v,生成第一类开尔文函数一阶导数 ber'_v(x) 与 bei'_v(x) 的数值表,并绘制对应的折线图。开尔文函数广泛出现在电气工程(导体的趋肤效应)、热传导以及振荡黏性流动的分析中。只要对由开尔文函数描述的电磁场分布或电流密度分布求导,就会用到它们的导数。

两条振幅不断增大的振荡曲线,表示开尔文函数的导数随 x 的变化
随着 x 增大,一阶导数 ber'_v(x) 和 bei'_v(x) 以不断增大的振幅振荡。

使用方法

依次输入阶数 v(默认值为 0)、x 的初始值、相邻 x 之间的步长,以及重复次数(即表格行数)。计算器会按照 x_i = startX + i·stepX(i = 0, 1, …, count−1)生成各个 x 值,在每个点上分别计算两个导数,并输出一张可滚动的数值表,同时绘制两条曲线的对比图。

公式详解

开尔文函数由 ber_v(x) + i·bei_v(x) = J_v(x·e^{3πi/4}) 定义。令 z = x·e^{3πi/4},并结合贝塞尔导数恒等式 J_v'(z) = (1/2)(J_{v-1}(z) − J_{v+1}(z)) 以及链式法则(dz/dx = e^{3πi/4}),可得 ber'_v(x) + i·bei'_v(x) = e^{3πi/4}·(1/2)·[J_{v-1}(z) − J_{v+1}(z)]。其中实部即为 ber'_v(x),虚部即为 bei'_v(x)。贝塞尔函数的取值通过复数运算逐项累加幂级数得到,为保证数值稳定性,每一项按比例递推 t_{m+1} = t_m·(−(z/2)^2)/((m+1)(v+m+1)) 推进。

Advertisement
复平面示意图,显示一个相对于正实轴旋转 135 度的点
代换 z = x·e^{3πi/4} 将输入在复平面内旋转 135°。

计算实例

当 v = 0、x = 1 时,实部级数给出 ber'_0(1) ≈ −0.06245,bei'_0(1) ≈ 0.49740。而在 x = 0 处,当 v = 0 时两个导数均为 0。

常见问题

支持负的 x 值吗? 支持。本工具采用复数形式的贝塞尔级数,因此默认从 x = −10 开始的范围可以完整计算。

阶数 v 可以取哪些值? 任意实数均可,包括非整数阶和负阶,计算中使用 Lanczos 伽马函数近似来求值。

当 |x| 很大时精度如何? 直接级数在大约 x ∈ [−20, 20] 范围内结果可靠;超出此范围后,级数中的相消误差可能会降低精度。

最后更新: