指数积分计算器

Q: 什么是指数积分 Ei(x)？

指数积分 Ei(x) 是一个特殊函数，定义为从负无穷到 x 的 (e^t / t) dt 的积分。它频繁出现在物理学、工程学和应用数学中，特别是涉及热传导、辐射转移和量子力学的问题。对于正值 x，Ei(x) 表示该广义积分的柯西主值。

高精度计算指数积分 Ei(x)，提供交互式可视化图表以及详细的分步数学推导过程。

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指数积分计算器

欢迎使用指数积分计算器，这是一款用于计算指数积分 Ei(x) 的精密科学工具。无论您是从事热传导问题、电磁场计算，还是纯数学研究，本计算器都能提供具有分步推导和交互式可视化的高精度结果。

什么是指数积分 Ei(x)？

指数积分，记作 Ei(x)，是数学中经典的特殊函数之一。它自然地出现在物理和工程的许多领域，特别是在求解涉及指数项的微分方程时。

Ei(x) 的定义

$$\text{Ei}(x) = \int_{-\infty}^{x} \frac{e^t}{t} \, dt = -\int_{-x}^{\infty} \frac{e^{-t}}{t} \, dt$$

对于正值 x，由于在 t = 0 处存在奇点，该积分被视为柯西主值。该函数在 x = 0 处具有对数奇点，在此处趋于负无穷。

Ei(x) 的主要性质

奇点： Ei(x) 在 x = 0 处具有对数奇点
渐近行为： 当 x → ∞ 时，Ei(x) ~ e^x/x
对于负数 x： Ei(x) 始终为负，并随着 x → -∞ 趋于 0
导数： d/dx [Ei(x)] = e^x/x

如何使用此计算器

输入数值： 输入您想要计算 Ei(x) 的 x 值。您可以使用预设按钮快速输入 e、π 或 √2 等常见数学常数。
选择精度： 为您的结果选择小数位数（6-50 位）。高精度对科学应用非常有用。
计算： 点击“计算”按钮，使用任意精度算术计算 Ei(x)。
分析结果： 查看计算出的数值，检查分步推导过程，并探索显示 Ei(x) 行为的交互式图表。

实际应用

🛢️

石油工程

用于试井和压力瞬变分析，以模拟多孔介质中的流体流动。

🔥

热传递

出现在热传导方程的解中，特别是半无限固体的温度分布。

📡

电磁理论

用于计算天线辐射方向图和电磁场分布。

⚛️

核物理

在辐射传输计算和核反应堆分析中必不可少。

🌟

天体物理

用于恒星大气建模和辐射转移计算。

📊

统计学

出现在概率分布和排队论应用中。

级数展开

幂级数（适用于较小的 |x|）

幂级数展开

$$\text{Ei}(x) = \gamma + \ln|x| + \sum_{k=1}^{\infty} \frac{x^k}{k \cdot k!}$$

其中 γ ≈ 0.5772156649 是欧拉-马斯刻若尼常数。

渐近展开（适用于较大的 x）

渐近展开

$$\text{Ei}(x) \sim \frac{e^x}{x} \left(1 + \frac{1!}{x} + \frac{2!}{x^2} + \frac{3!}{x^3} + \cdots \right)$$

该级数虽然发散，但在对较大的 x 进行适当截断时，能提供极好的数值近似。

常见问题解答

什么是指数积分 Ei(x)？

指数积分 Ei(x) 是一个特殊函数，定义为从负无穷到 x 的 (e^t / t) dt 的积分。它频繁出现在物理、工程和应用数学中，特别是涉及热传导、辐射转移和量子力学的问题。对于正值 x，Ei(x) 表示该广义积分的主值。

Ei(x) 和 E₁(x) 有什么区别？

Ei(x) 和 E₁(x) 是相关但不同的指数积分。Ei(x) 定义为从 -∞ 到 x 的 e^t/t dt 的主值积分，而 E₁(x) 定义为从 x 到 ∞ 的 e^-t/t dt 的积分。当 x > 0 时，它们的关系为 E₁(x) = -Ei(-x)。Ei(x) 常用于物理学，而 E₁(x) 更多地出现在数学分析中。

指数积分在实际应用中用于何处？

指数积分有许多实际应用：在石油工程中用于试井和压力瞬变分析；在热传递中用于计算温度分布；在电磁理论中用于天线辐射方向图；在核物理中用于辐射传输；以及在天体物理中用于恒星大气建模。它也出现在概率论和排队论中。

为什么 Ei(x) 在 x = 0 处有奇点？

Ei(x) 在 x = 0 处具有对数奇点，因为被积函数 e^t/t 在 t = 0 处具有不可积奇点。当 x 从任一方向接近 0 时，Ei(x) 趋向于负无穷。这就是为什么该函数通常分别为正值和负值定义，并在奇点处取主值的原因。

如何计算大数值 x 的 Ei(x)？

对于较大的正数 x，Ei(x) 可以使用渐近展开式进行近似：Ei(x) ≈ (e^x / x) × (1 + 1!/x + 2!/x² + 3!/x³ + ...)。该级数虽然发散，但在适当截断时可提供极好的数值近似。对于精确计算，会使用连分数或级数加速技术等专门算法。

可以计算负数的 Ei(x) 吗？

是的，可以计算负实数的 Ei(x)。对于 x < 0，定义 Ei(x) 的积分可以正常收敛，不需要主值。对于负数 x，Ei(x) 始终为负，并随着 x 趋于负无穷而趋于 0。我们的计算器可以高精度处理正负输入值。

其他资源

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由 miniwebtool 团队开发。更新日期：2026年1月25日

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什么是指数积分 Ei(x)？

Ei(x) 的主要性质

相关的指数积分

如何使用此计算器

实际应用

级数展开

幂级数（适用于较小的 |x|）

渐近展开（适用于较大的 x）

常见问题解答

什么是指数积分 Ei(x)？

Ei(x) 和 E₁(x) 有什么区别？

指数积分在实际应用中用于何处？

为什么 Ei(x) 在 x = 0 处有奇点？

如何计算大数值 x 的 Ei(x)？

可以计算负数的 Ei(x) 吗？

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