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人工晶体学报2025年第10期:贝塞尔函数的高精度高斯积分数值计算

来源:期刊VIP网 时间:


作者:王晓梅;张庆礼;

单位:中国科学院合肥物质科学研究院;中国科学院合肥物质科学研究院,安徽光学精密机械研究所,安徽省光子器件与材料重点实验室;

摘要:贝塞尔函数是研究波动、热传导等问题中的重要函数,其高精度计算在工程科学中具有重要地位。本文给出了采用高斯积分来计算贝塞尔函数J_ν(z)、Y_ν(z)、I_ν(z)和K_ν(z)的方法。通过按正弦、余弦函数零点来进行分区数值计算,克服了三角函数振荡对积分精度的影响;通过将[0,∞]积分项变为[0,T]和[T,∞]区间积分,并在[0,T]区间处理三角函数的振荡,实现了对贝塞尔函数的高精度计算。同时,当z的实部很小时,应适当加宽[0,T]积分区间,以使高斯勒让德积分部分占绝大部分,也是提高积分计算精度的重要途径。编程验证了贝塞尔函数的高斯积分,得到的结果与Mathematica高度吻合。该方法不需要讨论级数的收敛和递推问题,对整个复数域和任意阶数的贝塞尔函数都可进行计算,具有通用性和普适性。

关键词:贝塞尔函数;;高斯积分;;数值计算;;高精度计算