中国综合性科技类核心期刊(北大核心)

中国科学引文数据库来源期刊(CSCD)

美国《化学文摘》(CA)收录

美国《数学评论》(MR)收录

俄罗斯《文摘杂志》收录

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

整数阶复宗量贝塞尔函数的计算程序研究

任宏红 郭迎春 王兵兵

任宏红, 郭迎春, 王兵兵. 整数阶复宗量贝塞尔函数的计算程序研究[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2019, (1): 76-82, 92. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2019.01.009
引用本文: 任宏红, 郭迎春, 王兵兵. 整数阶复宗量贝塞尔函数的计算程序研究[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2019, (1): 76-82, 92. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2019.01.009
REN Hong-hong, GUO Ying-chun, WANG Bing-bing. Program for calculating the integer order of Bessel functions with complex arguments[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2019, (1): 76-82, 92. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2019.01.009
Citation: REN Hong-hong, GUO Ying-chun, WANG Bing-bing. Program for calculating the integer order of Bessel functions with complex arguments[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2019, (1): 76-82, 92. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2019.01.009

整数阶复宗量贝塞尔函数的计算程序研究

doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2019.01.009
基金项目: 

国家自然科学基金 61275128

国家自然科学基金 11474348

详细信息
    作者简介:

    任宏红, 女, 硕士研究生, 研究方向为理论物理

    通讯作者:

    郭迎春, 女, 副教授, 研究方向为强场与物质相互作用.E-mail:ycguo@phy.ecnu.edu.cn

  • 中图分类号: O411.2

Program for calculating the integer order of Bessel functions with complex arguments

  • 摘要: 鉴于目前的算法程序集中没有现成的计算复宗量贝塞尔函数的程序,本文基于贝塞尔函数的逆向递推关系编写了计算整数阶复宗量第一类贝塞尔函数的Fortran程序源代码.与Matlab软件的计算结果比较,两者至少有12位有效数字一致.接着运用此程序,分析了徐士良的《FORTRAN常用算法程序集》中的纯虚宗量的贝塞尔函数,即变形贝塞尔函数程序的准确度,发现其准确度为6位有效数字.最后,对基于实宗量贝塞尔函数和纯虚宗量贝塞尔函数相乘然后用无限求和来计算复宗量贝塞尔函数值的方法的准确性进行了探讨.证明其仅能对有限的贝塞尔函数进行准确计算.这是由于当求和项中有远大于最终的求和项时,会导致求和结果的有效数字减少甚至完全错误.
  • 表  1  J$_n(z)$的计算举例

    Tab.  1  Numerical examples of J$_n(z)$

    $n$ $z$ 本文结果 [1]中基于逆向递推的结果
    5 18+0i $-$0.155370098779049 $-$0.155370098779049
    5 0+18i i3.05782771756610$×$10$^{6}$ i3.05782771756610$×$10$^{6}$
    50 $-$180+100i 3.235775172706374$×$10$^{40}$$-$i2.054938087958093$×$10$^{40}$ 3.23577517270637$×$10$^{40}$$-$i2.05493808795809$×$10$^{40}$
    600 $-$4000$-$300i $-$2.767691224061821$×$10$^{126}$+i3.172834828322395$×$10$^{126}$ $-$2.76769122406189$×$10$^{126}$+i3.172834828322395$×$10$^{126}$
    1000 600$-$200i 5.373339700916123$×$10$^{-104}$+i1.658289459267489$×$10$^{-103}$ 5.37333970091597$×$10$^{-104}$+i1.65828945926745$×$10$^{-103}$
    0 10000000+333i $-$1.810334213201858$×$10$^{140}$$-$i4.938482320281676$×$10$^{140}$ Not computable with this algorithm
    4090 10000000+333i 4.878566679363567$×$10$^{140}$$-$i1.965697327877443$×$10$^{140}$ Not computable with this algorithm
    3300 3000+10i $-$3.031921315712407$×$10$^{-42}$$-$i2.477259163766169$×$10$^{-41}$ $-$3.03192131571261$×$10$^{-42}$$-$i2.47725916376618$×$10$^{-41}$
    $n$ $z$ [1]中基于幂级数展开截断的结果 Matlab的结果
    5 18+0i $-$0.155370098779049 $-$0.155370098779049
    5 0+18i $-$3.38362801581971$×$10$^{-8}$+i3.05782771756610$×$10$^{6}$ 1.872379463330692$×$10$^{-9}$+i3.057827717566103$×$10$^{6}$
    50 $-$180+100i 3.23577517271025$×$10$^{40}$$-$i2.05493808795888$×$10$^{40}$ 3.235775172706450$×$10$^{40}$$-$i2.054938087958026$×$10$^{40}$
    600 $-$4000$-$300i $-$2.76769122367143$×$10$^{126}$+i3.172834828322395$×$10$^{126}$ $-$2.767691224059726$×$10$^{126}$+i3.172834828323653$×$10$^{126}$
    1000 600$-$200i Not computable with this algorithm 5.373339700915873$×$10$^{-104}$ +i1.658289459267151$×$10$^{-103}$
    0 10000000+333i $-$1.81033421565001$×$10$^{140}$$-$i4.93848231938389$×$10$^{140}$ $-$1.810334213201893$×$10$^{140}$$-$i4.938482320281608$×$10$^{140}$
    4090 10000000+333i 4.878566815077401$×$10$^{140}$$-$i1.96569732864925$×$10$^{140}$ 4.878566679363453$×$10$^{140}$$-$i1.965697327877465$×$10$^{140}$
    3300 3000+10i Not computable with this algorithm $-$3.031921315712416$×$10$^{-42}$$-$i2.477259163766451$×$10$^{-41}$
    下载: 导出CSV

    表  2  ${\rm I}_0(y)$的计算举例

    Tab.  2  Numerical examples of ${\rm I}_0(y)$

    $y$ 本文第1节的结果 程序集[4]中的结果
    1 1.266065877752008 1.266065848034260
    71 3.243091297746851E+029 3.243089889079756E+029
    141 5.783741126182957E+059 5.783738566300272E+059
    211 1.188946782454909E+090 1.188946347893052E+090
    281 2.591193569443138E+120 2.591192781417313E+120
    351 5.831422925433985E+150 5.831421416694420E+150
    421 1.339291152932047E+181 1.339290852152675E+181
    491 3.119396717782502E+211 3.119396099566693E+211
    561 7.340570892169514E+241 7.340569591071896E+241
    631 1.741003196211549E+272 1.741002917182085E+272
    701 4.154898016095451E+302 4.154897408481159E+302
    下载: 导出CSV

    表  3  运用程序集[4]中的现有程序结合公式(13)能准确计算${\rm J}_{n}(x+{\rm i}y)$的$n$的范围

    Tab.  3  The range of the orders of ${\rm J}_n(x+{\rm i}y)$ which can be accurately

    ($x, y$) $n$的范围 ($x, y$) $n$的范围 ($x, y$) $n$的范围 ($x, y$) $n$的范围
    (1, 1) ($-\infty$, $+\infty$) (40, 1) ($-\infty$, $+\infty$) (100, 1) ($-\infty$, $+\infty$) (500, 1) ($-\infty$, $+\infty$)
    (1, 10) ($-\infty$, $+\infty$) (40, 10) ($-$131, 131) (100, 10) ($-$51, 51) (500, 10) ($-\infty$, $+\infty$)
    (1, 50) ($-\infty$, $+\infty$) (40, 50) ($-$41, 41) (100, 50) ($-$21, 21) (500, 50) ($-246$, 246)
    (1, 80) ($-\infty$, $+\infty$) (40, 80) ($-$46, 46) (100, 80) ($-$26, 26) (500, 80) ($-56$, 56)
    (1, 120) ($-\infty$, $+\infty$) (40, 120) ($-$56, 56) (100, 120) ($-$41, 41) (500, 120) ($-56$, 56)
    (1, 300) ($-\infty$, $+\infty$) (40, 300) ($-$131, 131) (100, 300) ($-$61, 61) (500, 300) ($-61$, 61)
    下载: 导出CSV
  • [1] LEWENSTEIN M, BALCOU P, IVANOV M Y, et al. Theory of high harmonic generation by low frequency laser fields[J]. Physical Review A, 1994, 49(3):2117-2132. doi:  10.1103/PhysRevA.49.2117
    [2] GUO Y, FU P, YAN Z C, et al. Imaging the geometrical structure of the H2+ molecular ion by high order above-threshold ionization in an intense laser field[J]. Physical Review A, 2009, 80(6):3694-3697. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=b8d2789f201c53ad7afe52563c5d7d84
    [3] JIA X Y, LI W D, FAN J, et al. Suppression effect in the nonsequential double ionization of molecules by an intense laser field[J]. Physical review A, 2008, 77(6):3195-3199. http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=PLRAAN000077000006063407000001&idtype=cvips&gifs=Yes
    [4] 徐士良. FORTRAN常用算法程序集[M]. 2版.北京:清华大学出版社, 2012.
    [5] PRESS W H, TEUKOLSKY S A, VETTERLING W T, et al. Numerical Recipes:The Art of Scientific Computing[M]. 3rd ed. Cambridge:Cambridge University Press, 2007.
    [6] DU TOIT C F. The numerical computation of Bessel functions of the first and second kind for integer orders and complex arguments[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1990, 38(9):1341-1349. doi:  10.1109/8.56985
    [7] 魏彦玉, 宫玉彬, 王文祥.任意阶复宗量贝塞尔函数的数值计算[J].电子科技大学学报, 1998, 27(2):171-176. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=QK199800044971
    [8] 张爽, 郭欣, 宋立军.利用贝塞尔函数的级数形式进行数值计算的误差分析[J].长春大学学报, 2004, 14(2):57-59. doi:  10.3969/j.issn.1009-3907-B.2004.02.019
    [9] 张善杰, 唐汉.任意实数阶复宗量第一类和第二类bessel函数的精确计算[J].电子学报, 1996, 24(3):77-81. doi:  10.3321/j.issn:0372-2112.1996.03.020
  • 加载中
表(3)
计量
  • 文章访问数:  151
  • HTML全文浏览量:  61
  • PDF下载量:  133
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-20
  • 刊出日期:  2019-01-25

目录

    /

    返回文章
    返回