高中四个常用帕德近似式

如题所述

高中四个常用帕德近似式介绍如下:

1.对数函数的帕德近似:$\ln(1+x) \approx \frac{x}{1-x}, |x|<1$。2. 指数函数的帕德近似:$e^x \approx \frac{1+1.494x+0.276x^2}{1-0.406x+0.079x^2}, |x|<0.5$。

3. 正切函数的帕德近似:$\tan(x) \approx x+\frac{1}{3}x^3+\frac{2}{15}x^5, |x|<\frac{\pi}{4}$。4. 反正弦函数的帕德近似:$\sin(x) \approx x-\frac{1}{6}x^3+\frac{1}{120}x^5, |x|<\frac{\pi}{2}$。

帕德近似(Pade approximation)是有理函数逼近的一种方法。帕德近似就是是法国数学家亨利·帕德发明的有理多项式近似法。帕德近似往往比截断的泰勒级数准确,而且当泰勒级数不收敛时,帕德近似往往仍可行,所以多用于在计算机数学中。

应用

自然界中多种媒质属于色散媒质;它们的色散特性也不尽相同,尚未发现统一的规律迄今,已提出几种经验模型描述这些特性,其中较著名的有:用于人体组织、土壤等媒质的 Debye 模型用于等离子体、金属等媒质的 Drude 模型;

用于光学材料的 Lorentz 模型;用于生物组织、高分子材料等媒质的 Cole- Cole(C- C)模型;用于甘油、丙二醇等媒质的 Davidson- Cole(D- C)模型;用于聚合物的 Havril-iak- Negami(H- N)模型。

为了引入媒质的色散特性,近几年来,时域有限差分(Finite- Difference Time- Domain, FDTD)法的建模对象已从常规媒质拓展到色散媒质。针对前述的第一大类媒质,已提出好几种 FDTD 方案,主要思路有:

引入辅助微分方程(Auxiliary Differential Equation, ADE) 、利用递归卷积(RecursiveConvolution,RC)、定义移位算子(ShiftOperator,SO) 等。然而,分数阶导数仍是 FDTD 建模第二大类媒质面临的主要困难为此,Rekanos 等人利用帕德(Padé)近似法。

本文提出了一种 ADE- FDTD- CPML 统一实现方案,该方案具有适用范围广、实现复杂度低等优势,可用于统一处理射频、微波、红外和毫米波等工程中一般电色散媒质的电磁问题,媒质可以是一维或多维的、单极或多极的、无耗或有耗的。几个算例的初步结果显示:在超宽带频谱范围,该方案具有较高的数值精度。今后,该方案有望进一步推广到磁色散媒质。 

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