Hiperbolikus függvények

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. május 2-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 3 szerkesztést igényelnek .

A hiperbolikus függvények olyan elemi függvények családja, amelyeket exponenciálisan fejeznek ki, és szorosan kapcsolódnak a trigonometrikus függvényekhez .

Definíció

A hiperbolikus függvényeket a következő képletekkel adjuk meg:

(az angol irodalomban jelölve )

(az angol irodalomban jelölve )

(az angol irodalomban jelölve )

(az angol irodalomban jelölve )

A hiperbolikus szekánst néha úgy is jelölik, mint .

Geometriai meghatározás

Az összefüggésre tekintettel a hiperbolikus függvények a hiperbola ( , ) parametrikus ábrázolását adják . Ebben az esetben az argumentum , ahol a görbe vonalú háromszög területe a "+" jellel együtt, ha a szektor a tengely felett van , és a "-" az ellenkező esetben. Nyilvánvalóan ezen a paraméteren keresztül definiálhatók hiperbolikus függvények is, például a hiperbolikus szinuszegyenletek parametrikus formában: , ahol a területnek megfelelő hiperbola pontjának ordinátája . Ez a meghatározás analóg a trigonometrikus függvények definíciójával az egységkör szempontjából , amely szintén hasonló módon szerkeszthető.

Tulajdonságok

Kapcsolat trigonometrikus függvényekkel

A hiperbolikus függvényeket az imaginárius argumentum trigonometrikus függvényeivel fejezzük ki .

.

.

A Gudermann függvény a trigonometrikus és a hiperbolikus függvényeket komplex számok bevonása nélkül kapcsolja össze .

Fontos kapcsolatok

Bizonyíték

  1. Páros/páratlan :
  2. Kiegészítési képletek :
  3. Kettős szög képletek:
  4. Több szögképlet:
  5. Műalkotások:
  6. Összegek:
  7. Leminősítési képletek:
  8. Származékok :
Funkció Derivált jegyzet
Bizonyíték

Bizonyíték

Bizonyíték

Bizonyíték

Bizonyíték

Bizonyíték

  1. Integrálok : Lásd még: Hiperbolikus függvények integráljainak listája , Inverz hiperbolikus függvények integráljainak listája
  2. A félszög hiperbolikus érintőjének ábrázolása :

Egyenlőtlenségek

Mindenki számára fut:

Teljesítménysorozat bővítése

( Laurent sorozat )

Itt vannak a Bernoulli-számok és az Euler-számok .

Grafikonok

Analitikai tulajdonságok

A hiperbolikus szinusz és a hiperbolikus koszinusz a teljes komplex síkban analitikus , kivéve a végtelenben lévő lényegében szinguláris pontot . A hiperbolikus érintő mindenhol analitikus , kivéve a pontokban lévő pólusokat , ahol egy egész szám. A maradékok ezeken a pólusokon egyenlőek eggyel. A hiperbolikus kotangens mindenhol analitikus , kivéve a pontokat , ezeken a pólusokon a maradékai is eggyel egyenlők.

Inverz hiperbolikus függvények

Más néven területfüggvényeknek nevezik őket: a megfelelő hiperbolikus függvények neve mellé az "area-" előtag kerül - latból.  "terület" - "terület". A területfüggvények fő értékeit a következő kifejezések határozzák meg.

Grafikonok

Kapcsolat néhány inverz hiperbolikus és inverz trigonometrikus függvény között:

ahol i a képzeletbeli egység .

Ezek a funkciók a következő sorozatbővítéssel rendelkeznek:

A külföldi szakirodalomban az inverz hiperbolikus függvényeket gyakran elsőfokú mínuszjellel jelölik: például úgy írják, hogy (és egy másik függvényt jelöl - ), stb.

Történelem

A történészek Abraham de Moivre angol matematikus ( 1707 , 1722 ) írásaiban fedezték fel a hiperbolikus függvények első megjelenését . Modern meghatározást és részletes tanulmányozásukat Vincenzo Riccati készítette 1757 -ben ("Opusculorum", I. kötet), ő javasolta elnevezéseiket is: , . Riccati egyetlen hiperbola figyelembevételéből indult ki (lásd az ábrát a #Definíció részben ) .

A hiperbolikus függvények tulajdonságainak független felfedezését és további vizsgálatát Johann Lambert ( 1768 ) végezte, aki széles párhuzamosságot állapított meg a közönséges és a hiperbolikus trigonometria képletei között. N. I. Lobacsevszkij ezt követően ezt a párhuzamosságot használta, és megpróbálta bebizonyítani a nem euklideszi geometria következetességét , amelyben a körkörös trigonometriát hiperbolikus váltja fel.

Némi következetlenség alakult ki a hiperbolikus függvények jelölésében. Például a Brockhaus és Efron enciklopédiájában a , elnevezést használják, az orosz nyelvű irodalomban beépült , az angol nyelvű irodalomban pedig beépültek .

Alkalmazás

A hiperbolikus függvények gyakran előfordulnak különféle integrálok számításánál . A racionális függvények és a gyököket tartalmazó függvények egyes integráljai meglehetősen egyszerűen kiszámíthatók a változók hiperbolikus függvényekkel történő megváltoztatásával.

Ugyanúgy, ahogy a nézetmátrixok kétdimenziós euklideszi térben írják le a forgásokat, a mátrixok a legegyszerűbb kétdimenziós Minkowski-térben írják le a forgásokat . Emiatt a relativitáselméletben gyakran előfordulnak hiperbolikus függvények .

A végein szabadon felfüggesztett egységes kötél vagy lánc egy függvény gráfjaként jelenik meg (amihez kapcsolódóan a hiperbolikus koszinusz gráfot néha felsővezetéknek nevezik ). Ezt a körülményt az ívek tervezésénél alkalmazzák , mivel az ív fordított felsővezeték alakja osztja el a leghatékonyabban a terhelést.

Irodalom

Linkek