Hyperbolické funkce

Přímka vedená z počátku protíná hyperbolu \scriptstyle x^2\ -\ y^2\ =\ 1 v bodě \scriptstyle (\cosh\,a,\,\sinh\,a), kde \scriptstyle a je dvojnásobek plochy vymezené přímkou a osou \scriptstyle x. Pro body hyperboly pod osou \scriptstyle x je plocha brána jako záporná.

Jako hyperbolické funkce se v matematice označuje skupina několika funkcí analogicky podobných k funkcím goniometrickým. Základními funkcemi jsou hyperbolický sinus (sinh) a kosinus (cosh), ze kterých je odvozen hyperbolický tangens (tanh), kotangens (coth), sekans (sech) a kosekans (csch). +more Inverzní funkce k funkcím hyperbolickým se označují jako hyperbolometrické funkce.

Stejně jako sinus a kosinus definují body jednotkové kružnice, hyperbolický sinus a kosinus definují body pravé větve rovnoosé hyperboly. Parametrem těchto funkcí je hyperbolický úhel.

Hyperbolické funkce se často objevují v řešení některých diferenciálních rovnic, nebo např. v rovnici křivky řetězovky.

Definice hyperbolických funkcí

sinh, cosh a tanh csch, sech a coth

Hyperbolické funkce jsou definovány následovně:

* Hyperbolický sinus: ::\sinh x = \frac {e^x - e^{-x}} {2} = \frac {e^{2x} - 1} {2e^x}

* Hyperbolický kosinus: ::\cosh x = \frac {e^x + e^{-x}} {2} = \frac {e^{2x} + 1} {2e^x}

* Hyperbolický tangens: ::\tanh x = \frac{\sinh x}{\cosh x} = \frac {e^x - e^{-x}} {e^x + e^{-x}} = \frac{e^{2x} - 1} {e^{2x} + 1}

* Hyperbolický kotangens: ::\coth x = \frac{\cosh x}{\sinh x} = \frac {e^x + e^{-x}} {e^x - e^{-x}} = \frac{e^{2x} + 1} {e^{2x} - 1}

* Hyperbolický sekans: ::\operatorname{sech}\,x = \left(\cosh x\right)^{-1} = \frac {2} {e^x + e^{-x}} = \frac{2e^x} {e^{2x} + 1}

* Hyperbolický kosekans: ::\operatorname{csch}\,x = \left(\sinh x\right)^{-1} = \frac {2} {e^x - e^{-x}} = \frac{2e^x} {e^{2x} - 1}

kde e je Eulerovo číslo.

Hyperbolické funkce mohou být také definovány pomocí imaginárního úhlu:

* Hyperbolický sinus: ::\sinh x = - {\rm{i}} \sin {\rm{i}}x \!

* Hyperbolický kosinus: ::\cosh x = \cos {\rm{i}}x \!

* Hyperbolický tangens: ::\tanh x = -{\rm{i}} \tan {\rm{i}}x \!

* Hyperbolický kotangens: ::\coth x = {\rm{i}} \cot {\rm{i}}x \!

* Hyperbolický sekans: ::\operatorname{sech}\,x = \sec { {\rm{i}} x} \!

* Hyperbolický kosekans: ::\operatorname{csch}\,x = {\rm{i}}\,\csc\,{\rm{i}}x \!

kde i je imaginární číslo definované jako i2 = −1.

Tyto komplexní tvary jsou odvozeny z Eulerova vzorce.

Užitečné vztahy

Sudost :\cosh(-x) = \cosh x\,\! :\operatorname{sech}(-x) = \operatorname{sech}\, x\,\!

Lichost :\sinh(-x) = -\sinh x\,\! :\tanh(-x) = -\tanh x\,\! :\coth(-x) = -\coth x\,\! :\operatorname{csch}(-x) = -\operatorname{csch}\, x\,\!

Hyperbolický sinus a kosinus splňují podmínku: :\cosh^2 x - \sinh^2 x = 1\,

a podobně: :\tanh ^{2}x=1-\operatorname{sech}^{2}x :\coth ^{2}x=1+\operatorname{csch}^{2}x

Derivace

: \frac{d}{dx}\sinh x = \cosh x \,

: \frac{d}{dx}\cosh x = \sinh x \,

: \frac{d}{dx}\tanh x = 1 - \tanh^2 x = \hbox{sech}^2 x = 1/\cosh^2 x \,

: \frac{d}{dx}\coth x = 1 - \coth^2 x = -\hbox{csch}^2 x = -1/\sinh^2 x \,

: \frac{d}{dx}\ \hbox{csch}\,x = - \coth x \ \hbox{csch}\,x \,

: \frac{d}{dx}\ \hbox{sech}\,x = - \tanh x \ \hbox{sech}\,x \,

:\frac{d}{dx}\, \operatorname{arsinh}\,x =\frac{1}{\sqrt{x^{2}+1}}

:\frac{d}{dx}\, \operatorname{arcosh}\,x =\frac{1}{\sqrt{x^{2}-1}}

:\frac{d}{dx}\, \operatorname{artanh}\,x =\frac{1}{1-x^{2}}

:\frac{d}{dx}\, \operatorname{arcsch}\,x =-\frac{1}{\left| x \right|\sqrt{1+x^{2}}}

:\frac{d}{dx}\, \operatorname{arsech}\,x =-\frac{1}{x\sqrt{1-x^{2}}}

:\frac{d}{dx}\, \operatorname{arcoth}\,x =\frac{1}{1-x^{2}}

Standardní integrály

Pro kompletní seznam integrálů přejděte na Seznam integrálů hyperbolických funkcí.

:\int\sinh ax\,dx = a^{-1}\cosh ax + C

:\int\cosh ax\,dx = a^{-1}\sinh ax + C

:\int \tanh ax\,dx = a^{-1}\ln(\cosh ax) + C

:\int \coth ax\,dx = a^{-1}\ln(\sinh ax) + C

:\int{\frac{du}{\sqrt{a^{2}+u^{2}}}}=\sinh ^{-1}\left( \frac{u}{a} \right)+C

:\int{\frac{du}{\sqrt{u^{2}-a^{2}}}}=\cosh ^{-1}\left( \frac{u}{a} \right)+C

:\int{\frac{du}{a^{2}-u^{2}}}=a^{-1}\tanh ^{-1}\left( \frac{u}{a} \right)+C; u^{2}

:\int{\frac{du}{a^{2}-u^{2}}}=a^{-1}\coth ^{-1}\left( \frac{u}{a} \right)+C; u^{2}>a^{2}

:\int{\frac{du}{u\sqrt{a^{2}-u^{2}}}}=-a^{-1}\operatorname{sech}^{-1}\left( \frac{u}{a} \right)+C

:\int{\frac{du}{u\sqrt{a^{2}+u^{2}}}}=-a^{-1}\operatorname{csch}^{-1}\left| \frac{u}{a} \right|+C

kde C je integrační konstanta.

Související články

Hyperbola

Reference

Externí odkazy

[url=http://planetmath. org/encyclopedia/HyperbolicFunctions. +morehtml]Hyperbolické funkce[/url] na PlanetMath * [url=http://mathworld. wolfram. com/HyperbolicFunctions. html]Hyperbolické funkce[/url] na MathWorld.

Kategorie:Elementární funkce