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余弦积分


CosIntegral
CosIntReIm
CosIntContours

余弦积分最常见的形式是

Ci(x)=-int_x^infty(costdt)/t
(1)
=gamma+lnx+int_0^x(cost-1)/tdt
(2)
=1/2[Ei(ix)+Ei(-ix)]
(3)
=-1/2[E_1(ix)+E_1(-ix)],
(4)

其中 Ei(x)指数积分E_n(x)En-函数,以及 gamma欧拉-马歇罗尼常数

Ci(x)Wolfram 语言 命令返回CosIntegral[x],并且也常被表示为 ci(x)

Ci(x) 具有级数展开

 Ci(x)=gamma+lnx+sum_(k=1)^infty((-x^2)^k)/(2k(2k)!)
(5)

(Havil 2003, p. 106; 在定义中插入负号之后)。

导数

 d/(dz)Ci(z)=(cosz)/z,
(6)

并且积分

 intCi(z)dz=zCi(z)-sinz.
(7)

Ci(x) 在 0.616505, 3.38418, 6.42705, ... 处有零点。极值发生在当

 Ci^'(x)=(cosx)/x=0,
(8)

cosx=0,或 pi/2, 3pi/2, 5pi/2, ... 时,这些点交替为极大值和极小值。在这些点,Ci(x) 等于 0.472001, -0.198408, 0.123772, ...。拐点发生在当

 Ci^('')(x)=-(cosx)/(x^2)-(sinx)/x=0,
(9)

其简化为

 1+xtanx=0,
(10)

其解为 2.79839, 6.12125, 9.31787, ...。

相关的函数

Cin(x)=int_0^z((1-cost)dt)/t
(11)
=-ci(x)+lnx+gamma
(12)

有时也被定义。

要找到余弦函数积分幂的闭合形式,使用分部积分法得到

I=intcos^mxdx
(13)
=(sinxcos^(m-1)x)/m+(m-1)/mintcos^(m-2)xdx.
(14)

现在,如果 m偶数,因此 m=2n,则

intcos^(2n)xdx=sinxsum_(k=1)^(n)((2k-2)!!)/((2n)!!)((2n-1)!!)/((2k-1)!!)cos^(2k-1)x+((2n-1)!!)/((2n)!!)x
(15)
=((2n-1)!!)/((2n)!!)[sinxsum_(k=0)^(n-1)((2k)!!)/((2k+1)!!)cos^(2k+1)x+x].
(16)

另一方面,如果 m奇数,因此 m=2n+1,则

 intcos^(2n+1)xdx=sinxsum_(k=0)^n((2n-2k-1)!!)/((2n+1)!!)((2n)!!)/((2n-2k)!!)cos^(2n-2k)x.
(17)

现在令 k^'=n-k,

 intcos^(2n)xdx=((2n)!!)/((2n+1)!!)sinxsum_(k=0)^n((2k-1)!!)/((2k)!!)cos^(2k)x.
(18)

那么一般结果是

 intcos^mxdx={((2n-1)!!)/((2n)!!)[sinxsum_(k=0)^(n-1)((2k)!!)/((2k+1)!!)cos^(2k+1)x+x]   for m=2n; ((2n)!!)/((2n+1)!!)sinxsum_(k=0)^n((2k-1)!!)/((2k)!!)cos^(2k)x   for m=2n+1.
(19)

余弦乘以高斯函数的无穷积分也可以用闭合形式完成,

 int_(-infty)^inftye^(-ax^2)cos(kx)dx=sqrt(pi/a)e^(-k^2/4a).
(20)

另请参阅

Chi, 阻尼指数余弦积分, 尼尔森螺线, Shi, 正弦积分

相关 Wolfram 网站

http://functions.wolfram.com/GammaBetaErf/CosIntegral/

在 Wolfram|Alpha 中探索

参考文献

Abramowitz, M. 和 Stegun, I. A. (Eds.). "Sine and Cosine Integrals." §5.2 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, pp. 231-233, 1972.Arfken, G. Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, pp. 342-343, 1985.Harris, F. E. "Spherical Bessel Expansions of Sine, Cosine, and Exponential Integrals." Appl. Numer. Math. 34, 95-98, 2000.Havil, J. Gamma: Exploring Euler's Constant. Princeton, NJ: Princeton University Press, pp. 105-106, 2003.Press, W. H.; Flannery, B. P.; Teukolsky, S. A.; 和 Vetterling, W. T. "Fresnel Integrals, Cosine and Sine Integrals." §6.79 in Numerical Recipes in FORTRAN: The Art of Scientific Computing, 2nd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 248-252, 1992.Spanier, J. 和 Oldham, K. B. "The Cosine and Sine Integrals." Ch. 38 in An Atlas of Functions. Washington, DC: Hemisphere, pp. 361-372, 1987.

在 Wolfram|Alpha 上被引用

余弦积分

引用为

Weisstein, Eric W. "余弦积分。" 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/CosineIntegral.html

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