指数积分
定义
对于实数x,指数积分Ei(x)可以定义为:
其中et{\displaystyle e^{t}}为指数函数。以上的定义可以用于正数x,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:
性质
收敛级数
指数积分可以用以下的收敛级数来表示:
其中 γ γ -->≈ ≈ -->0.5772156649015328606... {\displaystyle ~\gamma \approx 0.5772156649015328606欧拉.~}是欧拉-马歇罗尼常数。这个级数在自变量为任何复数时都是收敛的,但Ei的定义则需要 x>0 {\displaystyle ~x\!>\!0~}。
渐近(发散)级数

截断和中取 N {\displaystyle ~N~}项时,渐近展开式的相对误差
自变量的值较大时,用以上的收敛级数来计算指数积分是困难的。在这种情况下,我们可以使用发散(或渐近)级数:
这个截断和可以用来计算 Re(z)≫ ≫ -->1 {\displaystyle ~{\rm {Re}}(z)\!\gg \!1~}时函数的值。级数中的项数越多,自变量的实数部分就应该越大。
图中描述了以上估计的相对误差。
指数和对数的表现

E1 {\displaystyle ~E_{1}~}在自变量较大时的表现类似指数函数,自变量较小时类似对数函数。 E1 {\displaystyle ~E_{1}~}是位于以下两个函数之间的:
这个不等式的左端在图中用红色曲线来表示,中间的黑色曲线是 E1(x) {\displaystyle ~{\rm {E}}_{1}(x)~},不等式的右端用蓝色曲线来表示。
与其它函数的关系
指数积分与对数积分li(x)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 φ -->m(x){\displaystyle \varphi _{m}(x)},定义为:
导数
函数 En {\displaystyle ~{\rm {E}}_{n}~}与 E1 {\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。
复变量指数积分

E1(i x){\displaystyle {\rm {E}}_{1}({\rm {i}}\!~x)} versus x {\displaystyle ~x~}, real part(black) and imaginary part (red).
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 E1(x) {\displaystyle ~{\rm {E}}_{1}(x)~}的实数和虚数部分。
参考文献
Press, William H. et al. Numerical Recipes (FORTRAN). Cambridge University Press, New York: 1989.
Milton Abramowitz and Irene A. Stegun, eds. Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables. New York: Dover, 1972. (See Chapter 5)
R. D. Misra, Proc. Cambridge Phil. Soc. 36, 173 (1940)
S. Chandrasekhar, Radiative transfer, reprinted 1960, Dover
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