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📐 Double Exponential Finite Interval Integration 計算機

專業免費的 Double Exponential Finite Interval Integration 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)
1.9999999545 以雙指數(Tanh-Sinh)求積法近似計算
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

這個工具會利用雙指數(DE)求積法(又稱 Tanh-Sinh 法),計算單變數函數 f(x) 在有限區間 [a, b] 上的定積分。DE 求積法是處理有限區間時最可靠的通用方法之一,尤其擅長應付在端點處發散的被積函數,例如 1/√(x) 或 \log(x)——這類情況往往讓一般的高斯法或辛普森法束手無策。

使用方式

請在「被積函數 f(x)」欄位中以一般數學語法輸入函數,可使用 + - * / ^、括號,以及下列函數 sqrt, exp, log, ln, sin, cos, tan, asin, acos, atan, sinh, cosh, tanh, abs,常數則有 pi 與 e。接著輸入下限 a 與上限 b,選擇要計算到幾位有效數字,然後送出。奇異點只允許出現在端點 a 與 b;除此之外,函數在開區間 (a, b) 上必須為解析函數,且不應為週期函數。

公式說明

首先透過 x(u) = (((b+a)+(b-a)u) ÷ (2)) 將區間映射到 [-1, 1]。接著以 DE 變換 u = \tanh≤ft(((π) ÷ (2))\sinh t\right) 把整條直線拉伸開來:當 t 增大時,u 會以超指數的速度逼近端點,同時權重 g'(t) 也以同樣快的速度收縮趨近於零。由於節點永遠不會剛好落在 a 或 b 上,端點的奇異點實際上從未被代入計算——也就等於被「馴服」了。變換後的積分接著以步長為 h 的簡單梯形法求和,並不斷將 h 減半,直到結果不再變動為止。

\int_{a}^{b} f(x) dx ≈ ((b-a) ÷ (2)) h\sum_{k} w_k f\!≤ft(x_k\right)

where ≤ft{ \begin{aligned} a &= Lower limit \\ b &= Upper limit \\ x_k &= \tfrac{b+a}{2} + \tfrac{b-a}{2}\tanh\!≤ft(\tfrac{π}{2}\sinh(k h)\right) \\ w_k &= \dfrac{\tfrac{π}{2}\cosh(k h)}{\cosh^{2}\!≤ft(\tfrac{π}{2}\sinh(k h)\right)} \end{aligned} \right.

實例演算

以 f(x) = 1/√(x) 在 [0, 1] 為例,其精確值為 [2√(x)] 從 0 到 1,即等於 2。即使只用粗略的 7 點 DE 網格(h = 0.5),結果也已約為 1.94;持續細化 h 後,估計值便趨近 2.000000000000000。再以無奇異點的 f(x) = x^2 在 [0, 1] 驗證,可得 1/3 = 0.3333333333333。

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)

能處理區間內部的奇異點嗎?
不行——DE 法只容許奇異點出現在端點。若奇異點位於內部某點 \(c\),請把積分拆成 \([a, c]\) 與 \([c, b]\) 兩段,再將兩者的結果相加。
為什麼它不適合週期函數?
對於平滑的週期被積函數,單純的梯形法本身就已能達到指數級收斂,因此 DE 的變數變換反而會拖慢速度。
有效數字設定有什麼作用?
它決定了判斷何時停止細化的相對容許誤差,並據此對顯示的數值進行四捨五入。