这个问题问的好,我在高一刚学习基本初等函数的时候,也问过这个问题:“初等函数以外的函数是什么样子?”但是当时老师没有解答,并告诉我,你以后一定会学到的,现在来看,他说的对。
Q1:有哪些典型的非初等函数的例子呢?这些函数有什么实际含义吗?
典型例子就是人们尝试去计算椭圆的弧长:
其中
是椭圆的离心率
这个积分没有初等函数的有限次组合的解,但是计算中带着这么多积分符号很不方便,那怎么办呢,这时候就需要引入特定的名称表示他们:
第二类完全椭圆积分函数
这样椭圆周长
,可以看到,离心率(形状)不变的情况下,正比于半长轴。
想知道大小查表就行了,可以简单验证一下,当离心率
时,就是圆,此时周长=
椭圆周长公式成功收敛到圆的周长公式
。
Q2:那么椭圆积分有什么用呢?
一些其他比较复杂的积分,且无解析解的情况
例如:计算
,是不是看上去很简单,但其实他也是没有解析解的,但可以用椭圆积分表示:
其中 F 是第一类不完全椭圆积分,E 是第二类不完全椭圆积分,
代表其辐角。
当然,建模上 / 工程上如果需要计算这种积分,直接用 Simpson 等格式来数值计算就行了。
Q3:那么除了椭圆积分,还有其他的哪些非初等函数呢?
大学课程概率论和数理统计最常用的两类函数
贝塔 B 函数,又称第一类欧拉积分:
伽马函数,又称第二类欧拉积分
例如高中接触到的正态分布,那一大坨公式,就可以简介的用
来表示。
此外他们之间还有一些有趣的运算规律:
Q4,以上都是定积分相关的非初等函数,有没有其他途径的来源?
还有一大类问题,定义出了很多非初等函数,例如贝塞尔函数,安格尔函数等等
是数学家在解决部分微分方程时,发现他们也没有初等函数解,在后续学习常微分方程,偏微分方程,或者说数学物理方程的课程时,会大量用到哦
例如
的解很容易就知道是
但是形如
并没有一个初等函数的解,那怎么办呢?
第一类贝塞尔函数,就诞生了:
即表示上述常微分方程的解。
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