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对数积分


LogIntegral

对数积分(采用“美式”约定;Abramowitz 和 Stegun 1972;Edwards 2001,第 26 页),对于实数 x 定义为

li(x)={int_0^x(dt)/(lnt) for 0<x<1; PVint_0^x(dt)/(lnt) for x>1
(1)
={int_0^x(dt)/(lnt) for 0<x<1; lim_(epsilon->0^+)[int_0^(1-epsilon)(dt)/(lnt)+int_(1+epsilon)^x(dt)/(lnt)] for x>1
(2)

这里,PV 表示积分的柯西主值,并且该函数在 奇点 x=1 处有一个奇点。

以这种方式定义的对数积分在 Wolfram 语言中实现为LogIntegral[x]。

存在一个唯一的正数

 mu=1.4513692348...
(3)

(OEIS A070769;Derbyshire 2004,第 114 页)被称为 Soldner 常数,对于该常数 li(x)=0,因此对数积分也可以写成

 li(x)=int_mu^x(dt)/(lnt)
(4)

对于 x>mu

特殊值包括

li(0)=0
(5)
li(1)=-infty
(6)
li(mu)=0
(7)
li(2)=1.0451637801174...,
(8)

(OEIS A069284),其中 muSoldner 常数(Edwards 2001,第 34 页)。

LogIntegralReImAbs
最小值 最大值
实部
虚部 Powered by webMathematica

该定义也可以扩展到复平面,如上图所示。

它的导数

 (dli(z))/(dz)=1/(lnz),
(9)

它的不定积分

 intli(z)dz=zli(z)-Ei(2lnz),
(10)

其中 Ei(z)指数积分。它也有定积分

 int_0^1li(z)dz=-ln2,
(11)

其中 ln2=0.69314... (OEIS A002162)是 自然对数 2

对数积分服从

 li(z)=Ei(lnz),
(12)

其中 Ei(z)指数积分,以及恒等式

 li(z^(1/m))=gamma+lnlnz-lnm+sum_(n=1)^infty((lnz)^n)/(n·n!m^n)
(13)

(Bromwich 和 MacRobert 1991,第 334 页;Hardy 1999,第 25 页)。

Nielsen 证明并且 Ramanujan 独立发现

 li(x)=gamma+lnlnx+sum_(k=1)^infty((lnx)^k)/(k!k),
(14)

其中 gamma欧拉-马歇罗尼常数(Nielsen 1965,第 3 页和第 11 页;Berndt 1994;Finch 2003;Havil 2003,第 106 页)。Ramanujan 提出的另一个收敛更快的公式

 li(x)=gamma+lnlnx+sqrt(x)sum_(n=1)^infty((-1)^(n-1)(lnx)^n)/(n!2^(n-1))sum_(k=0)^(|_(n-1)/2_|)1/(2k+1),
(15)

其中 |_x_|向下取整函数(Berndt 1994)。

此函数在素数定理中出现的形式(例如 Landau 以及 Havil 2003,第 105 页和第 175 页使用)有时被称为“欧式”定义(Derbyshire 2004,第 373 页),定义为 Li(2)=0

Li(x)=int_2^x(du)/(lnu)
(16)
=li(x)-li(2).
(17)

请注意,符号 Li_n(z) (容易混淆地)也用于多对数函数,以及 li(x) 的“美式”定义(Edwards 2001,第 26 页)。


另请参阅

多对数函数素数星座素数计数函数素数定理Skewes 数

相关 Wolfram 站点

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

使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). 数学函数手册,包含公式、图表和数学表格,第 9 版。 New York: Dover, p. 879, 1972.Berndt, B. C. Ramanujan 的笔记本,第四部分。 New York: Springer-Verlag, pp. 126-131, 1994.Bromwich, T. J. I'A. and MacRobert, T. M. 无穷级数理论导论,第 3 版。 New York: Chelsea, p. 334, 1991.de Morgan, A. 微分和积分 calculus,包含微分、积分、展开、级数、微分方程、差分、求和、差分方程、变分法、定积分——应用于代数、平面几何、立体几何和力学。 London: Robert Baldwin, p. 662, 1839.Derbyshire, J. 素数迷恋:Bernhard Riemann 和数学中最伟大的未解问题。 New York: Penguin, pp. 114-117 and 373, 2004.Edwards, H. M. Riemann Zeta 函数。 New York: Dover, 2001.Finch, S. R. "Euler-Gompertz Constant." §6.2 in 数学常数。 Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 423-428, 2003.Hardy, G. H. Ramanujan:关于他的生活和工作启发的十二次讲座,第 3 版。 New York: Chelsea, 1999.Havil, J. Gamma:探索欧拉常数。 Princeton, NJ: Princeton University Press, pp. 105-106 and 175-176, 2003.Koosis, P. 对数积分 I。 Cambridge, England: Cambridge University Press, 1998.Nielsen, N. "Theorie des Integrallograrithmus und Verwandter Transzendenten." Part II in Die Gammafunktion。 New York: Chelsea, 1965.Vardi, I. Mathematica 中的计算娱乐。 Reading, MA: Addison-Wesley, p. 151, 1991.Hardy, G. H. Ramanujan:关于他的生活和工作启发的十二次讲座,第 3 版。 New York: Chelsea, p. 45, 1999.Le Lionnais, F. 卓越的数。 Paris: Hermann, p. 39, 1983.Sloane, N. J. A. Sequences A0021624074, A069284 and A070769 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."Soldner. 论文集 2, 333, 1812.

在 Wolfram|Alpha 中被引用

对数积分

请引用为

Weisstein, Eric W. "对数积分。" 来自 MathWorld——Wolfram 网络资源。 https://mathworld.net.cn/LogarithmicIntegral.html

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