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📚 Gauss Chebyshev First Kind Quadrature 計算機

專業免費的 Gauss Chebyshev First Kind Quadrature 計算機。純前端本機毫秒級計算、零資料上傳、極致隱私保護。提供詳細公式推導、實例示範與常見問答。

即時推算結果 (Computed Output)
0.33541367 高斯-切比雪夫(第一類)估計值
專業公認計算模型,即時運算完畢
📜 計算歷史記錄 (試算軌跡)
尚無歷史記錄,每次點擊「計算」將在此留下試算軌跡...

這個計算器的用途

本工具採用第一類高斯-切比雪夫求積法來近似定積分。這是搭配切比雪夫權函數 w(x) = 1/√(1 - x^2)、定義於區間 [-1, 1] 上的高斯型積分法則。它最大的優點在於節點與權重都有簡潔的封閉形式,完全不需要查表:節點是一系列等間隔角度的餘弦值,而每個權重一律等於 π/n。

如何使用

首先選擇被積函數的類型。在預設的 g(x) 於 [a,b] 模式下,請輸入任意一般函數 g(x)、積分下限 a、上限 b,以及分割點數 n。計算器會把 [-1, 1] 映射到 [a, b],並乘上 √(1 - x_i^2) 以抵銷隱含的切比雪夫權重,進而得到一般積分的估計值。在 f(x) 於 [−1,1] 模式下,函數會被視為帶權積分的被積函數,積分區間則固定為 [-1, 1]。支援的語法包括 + − * / ^、括號,以及 sin、cos、tan、asin、acos、atan、exp、ln、log、sqrt、abs,另有常數 π 與 e。三角函數一律以弧度為單位。

公式說明

令 step = π/(2n)、θ_i = (2i-1)·step,則節點為 x_i = \cos(θ_i),且 \sin(θ_i) = √(1 - x_i^2)。對於一般積分,其法則為 (b-a)/2 乘以 π/n、再乘以 \sin(θ_i)、最後乘以映射點處的 g 值,將所有項加總。至於 [-1,1] 上的帶權積分,則直接是 (π/n) 乘以各節點處 f 值的總和。

\int_{a}^{b} f(x) dx ≈ ((b-a) ÷ (2))·((π) ÷ (n)) \sum_{i=1}^{n} \sqrt{1-x_i^{2}} f\!≤ft(((b-a) ÷ (2))x_i + ((a+b) ÷ (2))\right)
\begin{gathered} \int_{a}^{b} f(x) dx ≈ ((b-a) ÷ (2))·((π) ÷ (n)) \sum_{i=1}^{n} \sqrt{1-x_i^{2}} f\!≤ft(((b-a) ÷ (2))x_i + ((a+b) ÷ (2))\right) \\[1.5em] where ≤ft{ \begin{aligned} x_i &= \cos\!≤ft((((2i-1)π) ÷ (2n))\right) \\ n &= Number of nodes \end{aligned} \right. \end{gathered}

範例演算

以 n = 3 計算 g(x) = x^2 在 0 到 1 之間的積分。三個節點分別得到 0.4352563、0.25 與 0.0022436,加總為 0.6874999。再乘上 (b-a)/2 = 0.5 與 π/3 = 1.0471976,約得 0.359957。真實值為 1/3;若把 n 提高到 10,結果約為 0.33408,逐漸收斂至 0.3333。

使用注意事項與精準校對原則(6 大核心守則)

📐 1. 嚴格對齊輸入量綱與單位

輸入各項數值時請務必確認量綱(例如小時、天數、金額、百分比),避免單位不匹配引發推算偏差。

🔒 2. 純前端本機毫秒級隱私保障

所有計算邏輯 100% 在您的終端瀏覽器內完成,資料絕不上傳伺服器,嚴格守護商業與個人隱私。

📊 3. 符合公認學術與產業計算模型

演算法嚴格遵循國際通用數學公式與標準計算模型,經多重情境交叉核對,數值嚴密精確。

📋 4. 一鍵複製與免登入 PDF 匯出

支援一鍵複製推算結果字串至剪貼簿,亦可直接點擊列印按鈕輸出純淨 PDF 工作報表。

🔄 5. 多情景敏感度動態對比

建議針對極端值與多組預期情景分別試算,觀察輸出數據的波動區間,輔助做出更穩健的決策。

🛡️ 6. 專業諮詢與日常參考免責聲明

本工具運算結果供日常排程、學業研習與事前參考之用,如涉及重大法規或投資決策請諮詢持證專家。

常見問題 (FAQ)

為什麼我的多項式結果無法完全吻合?
透過 sqrt 因子除去切比雪夫權重後,收斂速度會比高斯-勒讓德法慢。對於平滑函數,請提高 \(n\) 的數值。
a 可以等於 b 嗎?
可以;此時 \((b-a)/2\) 因子會讓結果為 0。若 \(a\) 大於 \(b\),正負號會自動翻轉。
如果函數在積分端點發散怎麼辦?
所有節點都嚴格落在區間內部,因此通常可避開端點的奇異性;不過只要任一節點上的函數值未定義,便會得到非有限的結果。