Hyperboliska funktioner

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 2 maj 2021; kontroller kräver 3 redigeringar .

Hyperboliska funktioner är en familj av elementära funktioner uttryckta i termer av en exponentiell och nära relaterade till trigonometriska funktioner .

Definition

Hyperboliska funktioner ges av följande formler:

(betecknas i engelsk litteratur )

(betecknas i engelsk litteratur )

(betecknas i engelsk litteratur )

(betecknas i engelsk litteratur )

Den hyperboliska sekanten betecknas ibland också som .

Geometrisk definition

Med tanke på sambandet ger hyperboliska funktioner en parametrisk representation av hyperbeln ( , ). I det här fallet är argumentet , där är arean av den kurvlinjära triangeln , taget med "+"-tecknet om sektorn ligger ovanför axeln och "−" i motsatt fall. Uppenbarligen definieras hyperboliska funktioner också genom denna parameter, till exempel de hyperboliska sinusekvationerna i parametrisk form: , där är ordinatan för den punkt på hyperbeln som motsvarar arean . Denna definition är analog med definitionen av trigonometriska funktioner i termer av enhetscirkeln , som också kan konstrueras på liknande sätt.

Egenskaper

Koppling med trigonometriska funktioner

Hyperboliska funktioner uttrycks i termer av trigonometriska funktioner i det imaginära argumentet.

.

.

Gudermann-funktionen relaterar trigonometriska funktioner och hyperboliska funktioner utan att involvera komplexa tal .

Viktiga relationer

Bevis

  1. Jämnt/udda :
  2. Tilläggsformler : _
  3. Dubbelvinkelformler:
  4. Flera vinkelformler:
  5. Konstverk:
  6. Belopp:
  7. Nedgraderingsformler:
  8. Derivat :
Fungera Derivat Notera
Bevis

Bevis

Bevis

Bevis

Bevis

Bevis

  1. Integraler : Se även: Lista över integraler av hyperboliska funktioner , Lista över integraler av inversa hyperboliska funktioner
  2. Representation i termer av hyperbolisk tangens för en halv vinkel :

Ojämlikheter

För alla körs:

Power series expansion

( Laurent-serien )

Här är Bernoulli-talen och Euler -talen .

Diagram

Analytiska egenskaper

Den hyperboliska sinusen och den hyperboliska cosinus är analytiska i hela det komplexa planet, förutom den väsentligen singulära punkten i oändligheten. Den hyperboliska tangenten är analytisk överallt, förutom polerna vid punkterna , där är ett heltal. Resterna vid alla dessa poler är lika med en. Den hyperboliska cotangensen är analytisk överallt, förutom punkterna , dess rester vid dessa poler är också lika med en.

Inversa hyperboliska funktioner

De kallas annars för area-funktioner: prefixet "area-" läggs till namnen på motsvarande hyperboliska funktioner - från lat.  "område" - "område". De huvudsakliga värdena för områdesfunktionerna definieras av följande uttryck.

Diagram

Förhållandet mellan vissa inversa hyperboliska och inversa trigonometriska funktioner:

där i är den imaginära enheten .

Dessa funktioner har följande serieexpansion:

I utländsk litteratur betecknas inversa hyperboliska funktioner ofta med ett minustecken av första graden: till exempel skriver de som (och betecknar en annan funktion - ), etc.

Historik

Historiker upptäckte det första uppträdandet av hyperboliska funktioner i den engelske matematikern Abraham de Moivres ( 1707 , 1722 ) skrifter. En modern definition och en detaljerad studie av dem utfördes av Vincenzo Riccati 1757 ("Opusculorum", volym I), han föreslog också deras beteckningar: , . Riccati utgick från övervägandet av en enda hyperbel (se figuren i avsnittet #Definition ) .

En oberoende upptäckt och ytterligare studie av egenskaperna hos hyperboliska funktioner utfördes av Johann Lambert ( 1768 ), som etablerade en bred parallellitet mellan formlerna för vanlig och hyperbolisk trigonometri. N. I. Lobachevsky använde därefter denna parallellism och försökte bevisa konsistensen av icke-euklidisk geometri , där cirkulär trigonometri ersätts med hyperbolisk.

Viss inkonsekvens har etablerats i notationen av hyperboliska funktioner. Till exempel, i Encyclopedia of Brockhaus och Efron används beteckningarna , beteckningarna förankrade i ryskspråkig litteratur och förankrade i engelskspråkig litteratur .

Applikation

Hyperboliska funktioner förekommer ofta vid beräkning av olika integraler . Vissa integraler av rationella funktioner och funktioner som innehåller radikaler kan beräknas ganska enkelt genom att ändra variabler med hjälp av hyperboliska funktioner.

På samma sätt som vymatriser beskriver rotationer i tvådimensionellt euklidiskt rum , beskriver matriser rotationer i det enklaste tvådimensionella Minkowski-rummet . På grund av detta förekommer hyperboliska funktioner ofta i relativitetsteorin .

Ett enhetligt rep eller kedja, fritt upphängd i sina ändar, har formen av en graf av en funktion (i samband med vilken den hyperboliska cosinusgrafen ibland kallas en kontaktledning ). Denna omständighet används i utformningen av bågar , eftersom formen på bågen i form av en inverterad kontaktledning mest effektivt fördelar belastningen.

Litteratur

Länkar