指数积分

✍ dations ◷ 2025-04-03 12:38:09 #指数,特殊函数,特殊超几何函数,积分

在数学中,指数积分是函数的一种,它不能表示为初等函数。

对于实数,指数积分Ei()可以定义为:

其中 e t {\displaystyle e^{t}} ,但这个积分必须用柯西主值的概念来理解。

对于自变量是复数的情形,这个定义就变得模棱两可了。为了避免歧义,我们使用以下的记法:

当自变量的实数部分为正时,可以转换为:

Ei与E1有以下关系:


指数积分可以用以下的收敛级数来表示:

其中   γ 0.5772156649015328606...   {\displaystyle ~\gamma \approx 0.5772156649015328606...~} )有密切的关系:

另外一个有密切关系的函数,具有不同的积分限:

这个函数可以视为把指数积分延伸到负数:

我们可以把两个函数都用整函数来表示:

利用这个函数,我们可以用对数来定义:

以及

指数积分还可以推广为:

它是不完全伽玛函数的一个特例:

这个推广的形式有时成为Misra函数 φ m ( x ) {\displaystyle \varphi _{m}(x)} ,定义为:

函数   E n   {\displaystyle ~{\rm {E}}_{n}~}   E 1   {\displaystyle ~{\rm {E}}_{1}~} 的导数有以下简单的关系:

然而,这里假设了   n   {\displaystyle ~n~} 是整数;复数   n   {\displaystyle ~n~} 的推广还没有在文献中报导,虽然这种推广是有可能的。在 y=2x的图形中,其导函数在任意x值所对应的y值为原函数的0.693倍。

从以下的表示法中

可以看出指数积分与正弦积分(Si)和余弦积分(Ci)之间的关系:

图中的黑色和红色曲线分别描述了   E 1 ( x )   {\displaystyle ~{\rm {E}}_{1}(x)~} 的实数和虚数部分。

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