
【计】 logarithmic integral
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【经】 logarithm
integral
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【化】 integral
【医】 integration
对数积分(Logarithmic Integral,记作$text{li}(x)$)是数学分析中的一种特殊函数,在数论和物理领域具有重要应用。其定义与积分形式相关,尤其在素数分布研究中起到核心作用。以下是基于权威数学词典及文献的详细解释:
对数积分的标准定义为:
$$ text{li}(x) = int0^x frac{dt}{ln t} quad (x e 1)
$$
为避免积分在$t=1$处的奇异性,实际应用中常采用柯西主值形式:
$$ text{li}(x) = lim{varepsilon to 0^+} left( int0^{1-varepsilon} frac{dt}{ln t} + int{1+varepsilon}^x frac{dt}{ln t} right)
$$
此函数与积分指数函数$text{Ei}(x)$密切相关,两者可通过解析延拓相互转化。
在数论中,对数积分是素数定理的关键组成部分。素数定理表明,小于$x$的素数数量$pi(x)$满足:
$$ pi(x) sim text{li}(x) quad (x to infty)
$$
这一渐近关系由高斯提出,并由阿达马和瓦莱-普桑证明。相较于其他近似函数(如$x/ln x$),$text{li}(x)$能更精确地逼近素数分布。
对数积分的常用扩展包括:
$$ text{li}(x) sim frac{x}{ln x} sum_{k=0}^infty frac{k!}{(ln x)^k}
$$
该展开式在$x to infty$时收敛性显著,被广泛应用于工程计算。
在物理学中,对数积分出现在热传导方程、电磁场理论及量子力学散射问题中。例如,在半导体载流子浓度模型中,$text{li}(x)$用于描述载流子随电势的分布特性。
对数积分(Logarithmic Integral Function)是一种重要的特殊函数,在数论、物理学和工程学中均有广泛应用。其定义和性质如下:
对数积分通常记作 (text{li}(x)) 或 (text{Li}(x)),有两种常见定义形式:
对数积分在数论中的核心地位源于素数定理:当 (x to infty) 时,素数计数函数 (pi(x))(即不超过 (x) 的素数个数)满足: [ pi(x) sim text{Li}(x) quad text{或} quad pi(x) sim frac{x}{ln x} ] 其中 (text{Li}(x)) 提供的近似比 (frac{x}{ln x}) 更精确。
当 (x) 较大时,对数积分可通过渐近展开近似为: [ text{Li}(x) sim frac{x}{ln x} left( 1 + frac{1!}{ln x} + frac{2!}{(ln x)} + cdots right) ] 这一展开式揭示了其对高阶项的修正能力。
对于 (x=10),(text{Li}(10) approx 5.120),而 (pi(10)=4),显示了对数积分对素数分布的逼近特性。
如需具体数值计算,可通过数学软件(如 Mathematica)或查表实现。
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