Funksionet hiperbolike

Në matematikë, funksionet hiperbolike janë analoget e funksioneve të zakonshme trigonometrike, por të përcaktuara duke përdorur hiperbolën dhe jo rrethin . Ashtu si pikat Stampa:Math formojnë një rreth njësi, pikat Stampa:Math formojnë gjysmën e djathtë të hiperbolës njësi . Gjithashtu, në mënyrë të ngjashme me mënyrën se si derivatet e Stampa:Math dhe Stampa:Math janë përkatësisht Stampa:Math dhe Stampa:Math, derivatet e Stampa:Math dhe Stampa:Math janë Stampa:Math dhe Stampa:Math respektivisht.
Funksionet hiperbolike hasen në llogaritjet e këndeve dhe largësive në gjeometrinë hiperbolike . Ato hasen gjithashtu në zgjidhjet e shumë ekuacioneve diferenciale lineare (siç është ekuacioni që përcakton një katenare ), ekuacionet kubike dhe ekuacioni i Laplasit në koordinata karteziane . Ekuacionet e Laplasit janë të rëndësishme në shumë fusha të fizikës, duke përfshirë teorinë elektromagnetike, transferimin e nxehtësisë, dinamikën e lëngjeve dhe relativitetin special .
Funksionet themelore hiperbolike janë: [1]
- sinusi hiperbolik " sinh " ,
- kosinusi hiperbolik " cosh ", [2]
nga të cilat rrjedhin: [3]
që u përkojnë funksioneve trigonometrike të prejardhura.
Funksionet hiperbolike të anasjellta janë:
- sinusi hiperbolik i zonës " arsinh " (i shënuar gjithashtu " sinh−1 ", " asinh " ose ndonjëherë " arcsinh ") [7] [8] [9]
- kosinusi hiperbolik i zonës " arcosh " (i shënuar gjithashtu " cosh−1 ", " acosh " ose ndonjëherë " arccosh ")
- e kështu me radhë.

Funksionet hiperbolike marrin një argument real të quajtur kënd hiperbolik . Madhësia e një këndi hiperbolik është dyfishi i sipërfaqes së sektorit të tij hiperbolik . Funksionet hiperbolike mund të përcaktohen në termat e këmbëve të një trekëndëshi kënddrejtë që mbulon këtë sektor.
Në analizën komplekse, funksionet hiperbolike lindin kur zbatohen funksionet e zakonshme të sinusit dhe kosinusit në një kënd imagjinar. Sinusi hiperbolik dhe kosinusi hiperbolik janë funksione të tëra . Si rezultat, funksionet e tjera hiperbolike janë meromorfike në të gjithë planin kompleks.
Funksionet hiperbolike u prezantuan në vitet 1760 në mënyrë të pavarur nga Vincenzo Riccati dhe Johann Heinrich Lambert . [10] Riccati përdori Sc. dhe Cc. ( Stampa:Lang) për t'iu referuar funksioneve rrethore dhe Sh. dhe Ch. ( Stampa:Lang ) për t'iu referuar funksioneve hiperbolike. Lambert miratoi emrat, por ndryshoi shkurtesat në ato që përdoren sot. [11] Aktualisht përdoren edhe shkurtesat Stampa:Math, Stampa:Math, Stampa:Math, Stampa:Math, në varësi të preferencës personale.
Shënimi
Përkufizimet


Ka mënyra të ndryshme ekuivalente për të përcaktuar funksionet hiperbolike.
Përkufizimet eksponenciale


Për sa i përket funksionit eksponencial : [1] [3]
- Sinusi hiperbolik: pjesa teke e funksionit eksponencial, d.m.th.
- Kosinusi hiperbolik: pjesa çifte e funksionit eksponencial, d.m.th.
- Tangjenti hiperbolik:
- Kotangjenti hiperbolik: për x ≠ 0 ,
- Sekanti hiperbolik:
- Kosekanti hiperbolik: për x ≠ 0 ,
Përkufizimet e ekuacioneve diferenciale
Funksionet hiperbolike mund të përkufizohen si zgjidhje të ekuacioneve diferenciale : Sinusi dhe kosinusi hiperbolik janë zgjidhja e sistemit.me kushtet fillestare Kushtet fillestare e bëjnë zgjidhjen unike; pa to çdo çift funksionesh do të ishte një zgjidhje.
dhe janë gjithashtu zgjidhja unike e ekuacionit , e tillë që për kosinusin hiperbolik dhe për sinusin hiperbolik.
Përkufizimet komplekse trigonometrike
Funksionet hiperbolike mund të nxirren gjithashtu nga funksionet trigonometrike me argumente komplekse :
- Sinusi hiperbolik: [1]
- Kosinusi hiperbolik: [1]
- Tangjenti hiperbolik:
- Kotangjenti hiperbolik:
- Sekanti hiperbolik:
- Kosekanti hiperbolik:
ku është njësia imagjinare me .
Vetitë karakterizuese
Kosinusi hiperbolik
Mund të tregohet se zona nën lakoren e kosinusit hiperbolik (mbi një interval të fundëm) është gjithmonë e barabartë me gjatësinë e harkut që i korrespondon atij intervali: [12]
Tangjenti hiperbolik
Tangjenti hiperbolik është zgjidhja (unike) e ekuacionit diferencial , me . [13] [14]
Marrëdhënie të dobishme
Funksionet hiperbolike kënaqin shumë identitete, të gjitha të ngjashme në formë me identitetet trigonometrike . Në fakt, rregulli i Osbornit thotë se mund të konvertohet çdo identitet trigonometrik për , , ose dhe në një identitet hiperbolik, duke e zgjeruar plotësisht në termat e fuqive integrale të sinuseve dhe kosinuseve, duke ndryshuar sinusin në sinh dhe kosinusin në cosh dhe duke ndryshuar shenjën e çdo termi që përmban një produkt prej dy funksionesh sinh.
Funksionet tek dhe çift:Prandaj:Kështu, dhe janë funksione çift ; të tjerët janë funksione tek .Sinusi dhe kosinusi hiperbolik kënaqin:e fundit prej të cilave është e ngjashme me identitetin trigonometrik të Pitagorës .
Shumat e argumenteve
veçanërishtGjithashtu:
Formulat e zbritjes
Gjithashtu: [15]
Formulat e gjysëm këndit
ku është funksioni i shenjës .
Nëse , atëherë [16]
Formulat e linearizimit
Mosbarazimet
Mosbarazimi i mëposhtëm është i dobishëm në statistikë: [17]
Funksionet e anasjellta si logaritme
Derivatet
Derivatet e dyta
Secili prej funksioneve dhe është i barabartë me derivatin e tij të dytë, që është:
Integrale standarde
Integralet e mëposhtme mund të vërtetohen duke përdorur zëvendësimin hiperbolik :ku C është konstantja e integrimit .
Seritë e Tejlorit
Është e mundur të shprehet në mënyrë eksplicite seria Taylor në zero (ose seria Laurent, nëse funksioni nuk është i përcaktuar në zero) e funksioneve të mësipërme.Kjo seri është konvergjente për çdo vlerë komplekse të . Meqenëse funksioni është tek, vetëm eksponentët tek për hasen në serinë e tij Tejlor.Kjo seri është konvergjente për çdo vlerë komplekse të . Meqenëse funksioni është çift, vetëm eksponentët çift për gjenden në serinë e tij Tejlor.
Seritë e mëposhtme pasohen nga një përshkrim i një nëngrupi të domenit të tyre të konvergjencës, ku seria është konvergjente dhe shuma e saj është e barabartë me funksionin.ku:
- është numri n i Bernulit
- është numri n i Euler-it
Prodhimet e pafundme dhe thyesat e vazhdueshme
Zgjerimet e mëposhtme janë të vlefshme në të gjithë planin kompleks:
Krahasimi me funksionet rrethore

Funksionet hiperbolike paraqesin një zgjerim të trigonometrisë përtej funksioneve rrethore . Të dy llojet varen nga një argument, qoftë kënd rrethor ose kënd hiperbolik .
Meqenëse sipërfaqja e një sektori rrethor me rreze r dhe kënd u (në radianë) është , do të jetë e barabartë me kur . Në diagram, një rreth i tillë është tangjent me hiperbolën në . Sektori i verdhë përshkruan një sipërfaqe dhe madhësi këndi. Në mënyrë të ngjashme, sektorët e verdhë dhe të kuq së bashku përshkruajnë një sipërfaqe dhe madhësinë e këndit hiperbolik .
Këmbët e dy trekëndëshave kënddrejtë me hipotenuzë në rrezen që përcakton këndet janë me gjatësi √ 2 herë më shumë se funksionet rrethore dhe hiperbolike.
Këndi hiperbolik është një masë e pandryshueshme në lidhje me hartëzimin e shtrydhjes, ashtu si këndi rrethor është i pandryshueshëm nën rrotullim. [18]
Grafiku i funksionit a cosh( x / a ) është katenarie, kurba e formuar nga një zinxhir fleksibël i njëtrajtshëm, i varur lirshëm midis dy pikave fikse nën gravitetin e njëtrajtshëm.
Funksionet hiperbolike për numrat kompleks
Meqenëse funksioni eksponencial mund të përcaktohet për çdo argument kompleks, ne gjithashtu mund të zgjerojmë përkufizimet e funksioneve hiperbolike në argumente komplekse. Funksionet dhe janë holomorfikë .
Marrëdhëniet me funksionet e zakonshme trigonometrike jepen nga formula e Euler-it për numrat kompleks:kështu që:Kështu, funksionet hiperbolike janë periodike në lidhje me përbërësin imagjinar, me periodë ( për tangjentin hiperbolik dhe kotangjentin).
Shiko gjithashtu
- e (konstante matematikore)
- Teorema e rretheve të barabarta, bazuar në sinh
- Rritja hiperbolike
- Funksionet hiperbolike të anasjellta
- Lista e integraleve të funksioneve hiperbolike
- Spiralet e Poinsot
- Funksioni sigmoid
- Tangjenti hiperbolik i Sobolevës
- Funksionet trigonometrike
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 Stampa:Cite web Gabim citimi: Invalid
<ref>tag; name ":1" defined multiple times with different content - ↑ Collins Concise Dictionary, p. 328
- ↑ 3,0 3,1 Stampa:Cite web Gabim citimi: Invalid
<ref>tag; name ":2" defined multiple times with different content - ↑ Collins Concise Dictionary, p. 1520
- ↑ Collins Concise Dictionary, p. 329
- ↑ tanh
- ↑ Stampa:Citation
- ↑ Stampa:Citation
- ↑ Some examples of using arcsinh found in Google Books.
- ↑ Robert E. Bradley, Lawrence A. D'Antonio, Charles Edward Sandifer. Euler at 300: an appreciation. Mathematical Association of America, 2007. Page 100.
- ↑ Georg F. Becker. Hyperbolic functions. Read Books, 1931. Page xlviii.
- ↑ Stampa:Cite book
- ↑ Stampa:Cite book Extract of page 281 (using lambda=1)
- ↑ Stampa:Cite book Extract of page 290
- ↑ Stampa:Cite book
- ↑ Stampa:Cite web
- ↑ Stampa:Cite news
- ↑ Mellen W. Haskell, "On the introduction of the notion of hyperbolic functions", Bulletin of the American Mathematical Society 1:6:155–9, full text





