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输入计算

数学公式

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结果

h_v^(1)(x) at order v = 0, x = 1
0.841471 -0.540302 i
magnitude = 1 · 10 points
-0.540302
# x 实部 虚部
0 1 0.841471 -0.540302 1
1 2 0.454649 0.208073 0.5
2 3 0.04704 0.329997 0.333333
3 4 -0.189201 0.163411 0.25
4 5 -0.191785 -0.056732 0.2
5 6 -0.046569 -0.160028 0.166667
6 7 0.093855 -0.1077 0.142857
7 8 0.12367 0.018188 0.125
8 9 0.045791 0.101237 0.111111
9 10 -0.054402 0.083907 0.1

球汉克尔函数数值表计算器是什么?

这是一款通用数学工具,可在指定整数阶 v 下,对一系列实参数 x 列出第一类球汉克尔函数 h_v^(1)(x)、第二类球汉克尔函数 h_v^(2)(x) 以及它们的一阶导数。由于这些函数取复数值,因此每一行结果都会分别给出实部、虚部以及模。

使用方法

先选择要计算的函数(第一类、第二类,或两者之一的导数)。然后设定整数阶 v、x 的起始值、相邻 x 之间的步长(增量),以及要生成的点数。计算器会针对 k 从 0 到 N-1 的每个取值生成一行,对应 x = 起始x + k × 步长x,并在每个 x 处计算所选函数的值。

公式解析

球贝塞尔函数有闭式表达式:j_0(x) = sin(x)/x,j_1(x) = sin(x)/x^2 - cos(x)/x,y_0(x) = -cos(x)/x,y_1(x) = -cos(x)/x^2 - sin(x)/x。更高阶则遵循三项递推关系 f_{v+1} = ((2v+1)/x) f_v - f_{v-1}。再由此得到 h_v^(1) = j_v + i y_v,以及 h_v^(2) = j_v - i y_v(即其复共轭)。导数采用 f_v'(x) = f_{v-1}(x) - ((v+1)/x) f_v(x),其中 f_0' = -f_1。

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由球贝塞尔分量构成的复平面中作为向量表示的复球汉克尔函数
球汉克尔函数将 j_v(x)(实轴)和 y_v(x)(虚轴)合并为单个复数值。

实例演算

以 h_v^(1)(x) 为例,取 v = 0、起始x = 2:j_0(2) = sin(2)/2 = 0.4546487,y_0(2) = -cos(2)/2 = 0.2080734,于是 h_0^(1)(2) = 0.4546487 + 0.2080734 i,其模为 1/x = 0.5。对于第二类 h_0^(2)(2),虚部符号翻转为 -0.2080734。

球汉克尔函数实部与虚部随 x 变化的振荡衰减曲线
随着 x 增大,h_v(x) 的实部和虚部振荡并衰减。

常见问题

为什么不允许 x = 0?所有公式都要除以 x,且当 x 趋于 0 时 y_v 会发散,因此这些行会被标记为奇点。

为什么 |h_0^(1)(x)| 等于 1/x?因为 j_0^2 + y_0^2 = (sin^2 x + cos^2 x)/x^2 = 1/x^2。

是否支持非整数阶?本版本使用精确的整数阶闭式表达式和递推关系,暂不支持非整数阶。

最后更新: