Математические функции для гипербол, аналогичные тригонометрическим функциям для окружностей
«Гиперболическая кривая» перенаправляется сюда. Для геометрической кривой см. 
Гипербола .
В математика , гиперболические функции  являются аналогами обычных тригонометрические функции  определены для гипербола  а не на круг : так же, как точки (потому что т грех т )  сформировать круг с единичным радиусом , точки (ш т , зп т )  образуют правую половину равностороннего гипербола .
Гиперболические функции встречаются при вычислении углов и расстояний в гиперболическая геометрия . Они также встречаются в решениях многих линейных дифференциальные уравнения  (например, уравнение, определяющее цепная связь  ), кубические уравнения , и Уравнение Лапласа  в Декартовы координаты . Уравнения Лапласа  важны во многих областях физика , в том числе электромагнитная теория , теплопередача , динамика жидкостей , и специальная теория относительности .
Основные гиперболические функции:[1] [2] 
гиперболический синус  "зин" (),[3] гиперболический косинус  "ш" (),[4] из которых получены:[5] 
гиперболический тангенс  "танх" (),[6] гиперболический косеканс  «цщ» или «когеч» ([4] гиперболический секанс  «сечь» (),[7] гиперболический котангенс  "кот" (),[8] [9] соответствующие производным тригонометрическим функциям.
В обратные гиперболические функции  находятся:[1] 
площадь гиперболического синуса  "арсинх" (также обозначаемый "синх−1 "," asinh "или иногда" arcsinh ")[10] [11] [12] гиперболический косинус площади  «аркош» (также обозначается как «сш»−1 "," acosh "или иногда" arccosh "и так далее. Луч сквозь 
гипербола единиц  Икс 2  − у 2  = 1 в точке 
(ш а , зп а ) , где 
а  вдвое больше площади между лучом, гиперболой и 
Икс -ось. Для точек на гиперболе ниже 
Икс -оси площадь считается отрицательной (см. 
анимированная версия  со сравнением с тригонометрическими (круговыми) функциями).
Гиперболические функции принимают реальный аргумент  называется гиперболический угол . Размер гиперболического угла в два раза больше площади его гиперболический сектор . Гиперболические функции могут быть определены в терминах стороны прямоугольного треугольника  охватывающий этот сектор.
В комплексный анализ , гиперболические функции возникают как мнимые части синуса и косинуса. Гиперболический синус и гиперболический косинус равны целые функции . В результате другие гиперболические функции мероморфный  во всей комплексной плоскости.
От Теорема Линдемана – Вейерштрасса , гиперболические функции имеют трансцендентная ценность  для каждого ненулевого алгебраическое значение  аргумента.[13] 
Гиперболические функции были введены в 1760-х годах независимо Винченцо Риккати  и Иоганн Генрих Ламберт .[14] Sc. Копия синус / косинус циркулярный ) для обозначения круговых функций и Ш. Гл. синус / гиперболический косинус ) для обозначения гиперболических функций. Ламберт принял эти имена, но изменил сокращения на те, которые используются сегодня.[15] ш , ch , th , cth  также используются в настоящее время, в зависимости от личных предпочтений.
Определения грех , шиш  и танх 
csch , сечь  и кот 
Существуют различные эквивалентные способы определения гиперболических функций.
Экспоненциальные определения грех Икс   половина 
разница  из 
еИкс   и 
е −Икс  шиш Икс   это 
средний  из 
еИкс   и 
е −Икс  Что касается экспоненциальная функция :[2] [5] 
Гиперболический синус: странная часть  экспоненциальной функции, то есть                    грех                  Икс         =                                                             е                                   Икс                 −                               е                                   −                   Икс                2           =                                                             е                                   2                   Икс                 −               1                            2                               е                                   Икс              =                                             1               −                               е                                   −                   2                   Икс                              2                               е                                   −                   Икс              .       { displaystyle  sinh x = { frac {e ^ {x} -e ^ {- x}} {2}} = { frac {e ^ {2x} -1} {2e ^ {x}}} = { frac {1-e ^ {- 2x}} {2e ^ {- x}}}.}    Гиперболический косинус: даже часть  экспоненциальной функции, то есть                    шиш                  Икс         =                                                             е                                   Икс                 +                               е                                   −                   Икс                2           =                                                             е                                   2                   Икс                 +               1                            2                               е                                   Икс              =                                             1               +                               е                                   −                   2                   Икс                              2                               е                                   −                   Икс              .       { displaystyle  cosh = { frac {e ^ {x} + e ^ {- x}} {2}} = { frac {e ^ {2x} +1} {2e ^ {x}}} = { frac {1 + e ^ {- 2x}} {2e ^ {- x}}}.}.    Гиперболический тангенс:                    танх                  Икс         =                                             грех                              Икс                            шиш                              Икс            =                                                             е                                   Икс                 −                               е                                   −                   Икс                                              е                                   Икс                 +                               е                                   −                   Икс              =                                                             е                                   2                   Икс                 −               1                                            е                                   2                   Икс                 +               1          { displaystyle  tanh x = { frac { sinh x} { cosh x}} = { frac {e ^ {x} -e ^ {- x}} {e ^ {x} + e ^ {- x}}} = { frac {e ^ {2x} -1} {e ^ {2x} +1}}}    Гиперболический котангенс: для Икс  ≠ 0                    кот                  Икс         =                                             шиш                              Икс                            грех                              Икс            =                                                             е                                   Икс                 +                               е                                   −                   Икс                                              е                                   Икс                 −                               е                                   −                   Икс              =                                                             е                                   2                   Икс                 +               1                                            е                                   2                   Икс                 −               1          { displaystyle  coth x = { frac { cosh x} { sinh x}} = { frac {e ^ {x} + e ^ {- x}} {e ^ {x} -e ^ {- x}}} = { frac {e ^ {2x} +1} {e ^ {2x} -1}}}    Гиперболический секанс:                    сечь                  Икс         =                               1                           шиш                              Икс            =                               2                                           е                                   Икс                 +                               е                                   −                   Икс              =                                             2                               е                                   Икс                                              е                                   2                   Икс                 +               1          { displaystyle  operatorname {sech} x = { frac {1} { cosh x}} = { frac {2} {e ^ {x} + e ^ {- x}}} = { frac {2e ^ {x}} {e ^ {2x} +1}}}    Гиперболический косеканс: для Икс  ≠ 0                    csch                  Икс         =                               1                           грех                              Икс            =                               2                                           е                                   Икс                 −                               е                                   −                   Икс              =                                             2                               е                                   Икс                                              е                                   2                   Икс                 −               1          { displaystyle  operatorname {csch} x = { frac {1} { sinh x}} = { frac {2} {e ^ {x} -e ^ {- x}}} = { frac {2e ^ {x}} {e ^ {2x} -1}}}    Определения дифференциальных уравнений Гиперболические функции можно определить как решения дифференциальные уравнения : Гиперболический синус и косинус - уникальное решение. (s , c )  системы
                                                                                          c                   ′                  (                 Икс                 )                                =                 s                 (                 Икс                 )                                                               s                   ′                  (                 Икс                 )                                =                 c                 (                 Икс                 )           { Displaystyle { begin {align} c '(x) & = s (x)  s' (x) & = c (x)  end {выравнивается}}}   такой, что s (0) = 0c (0) = 1
Они также являются единственным решением уравнения ж  ″(Икс ) = ж  (Икс )ж  (0) = 1ж  ′(0) = 0ж  (0) = 0ж  ′(0) = 1
Сложные тригонометрические определения Гиперболические функции также могут быть выведены из тригонометрические функции  с участием сложный  аргументы:
Гиперболический синус:[2]                     грех                  Икс         =         −         я         грех                  (         я         Икс         )       { Displaystyle  зп Икс = -i  грех (ix)}    Гиперболический косинус:[2]                     шиш                  Икс         =         потому что                  (         я         Икс         )       { Displaystyle  соз х =  соз (ix)}    Гиперболический тангенс:                    танх                  Икс         =         −         я         загар                  (         я         Икс         )       { Displaystyle  tanh х = -i  tan (ix)}    Гиперболический котангенс:                    кот                  Икс         =         я         детская кроватка                  (         я         Икс         )       { Displaystyle  coth х = я  кроватка (ix)}    Гиперболический секанс:                    сечь                  Икс         =         сек                  (         я         Икс         )       { displaystyle  operatorname {sech} x =  sec (ix)}    Гиперболический косеканс:                    csch                  Икс         =         я         csc                  (         я         Икс         )       { Displaystyle  OperatorName {csch} х = я  csc (ix)}    где я  это мнимая единица  с участием я 2  = −1
Приведенные выше определения связаны с экспоненциальными определениями через Формула Эйлера  (Увидеть § Гиперболические функции для комплексных чисел  ниже).
Характеристика свойств Гиперболический косинус Можно показать, что площадь под кривой гиперболического косинуса (на конечном интервале) всегда равна длине дуги, соответствующей этому интервалу:[16] 
                              площадь          =                   ∫                       а                        б           шиш                  Икс         d         Икс         =                   ∫                       а                        б                                 1             +                                           (                                                                             d                                               d                         Икс                      шиш                                      Икс                  )                                2             d         Икс         =                   длина дуги.        { displaystyle { text {area}} =  int _ {a} ^ {b}  cosh x , dx =  int _ {a} ^ {b} { sqrt {1+  left ({ frac {d} {dx}}  ch x  right) ^ {2}}} , dx = { text {длина дуги.}}}   
Гиперболический тангенс Гиперболический тангенс - это решение дифференциальное уравнение  ж  ′ = 1 − ж  2 ж  (0) = 0нелинейный  краевая задача :[17] [18] 
                                                        1               2                      ж           ″          =                   ж                       3           −         ж         ;         ж         (         0         )         =                   ж           ′          (         ∞         )         =         0.       { displaystyle { tfrac {1} {2}} f '' = f ^ {3} -f;  quad f (0) = f '( infty) = 0.}   Полезные отношения Гиперболические функции удовлетворяют многим тождествам, все они по форме похожи на тригонометрические тождества . По факту, Правило Осборна [19]                     θ       { displaystyle  theta}                       2         θ       { displaystyle 2  theta}                       3         θ       { displaystyle 3  theta}                       θ       { displaystyle  theta}                       φ       { displaystyle  varphi}   
Нечетные и четные функции:
                                                                        грех                                  (                 −                 Икс                 )                                =                 −                 грех                                  Икс                                             шиш                                  (                 −                 Икс                 )                                =                 шиш                                  Икс           { displaystyle { begin {align}  sinh (-x) & = -  sinh x  cosh (-x) & =  cosh x  end {align}}}   Отсюда:
                                                                        танх                                  (                 −                 Икс                 )                                =                 −                 танх                                  Икс                                             кот                                  (                 −                 Икс                 )                                =                 −                 кот                                  Икс                                             сечь                                  (                 −                 Икс                 )                                =                 сечь                                  Икс                                             csch                                  (                 −                 Икс                 )                                =                 −                 csch                                  Икс           { displaystyle { begin {align}  tanh (-x) & = -  tanh x  coth (-x) & = -  coth x  имя оператора {sech} (-x) & =  имя оператора {sech} x  operatorname {csch} (-x) & = -  operatorname {csch} x  end {выровнено}}}   Таким образом, шиш Икс   и сечь Икс   находятся четные функции ; другие нечетные функции .
                                                                        Арсех                                  Икс                                =                 аркош                                                    (                                                             1                       Икс                     )                                              дуга                                  Икс                                =                 арсин                                                    (                                                             1                       Икс                     )                                              аркот                                  Икс                                =                 Artanh                                                    (                                                             1                       Икс                     )            { displaystyle { begin {align}  operatorname {arsech} x & =  operatorname {arcosh}  left ({ frac {1} {x}}  right)  operatorname {arcsch} x & =  operatorname {arsinh }  left ({ frac {1} {x}}  right)  operatorname {arcoth} x & =  operatorname {artanh}  left ({ frac {1} {x}}  right)  end { выровнено}}}   Гиперболический синус и косинус удовлетворяют: 
                                                                        шиш                                  Икс                 +                 грех                                  Икс                                =                                   е                                       Икс                                               шиш                                  Икс                 −                 грех                                  Икс                                =                                   е                                       −                     Икс                                                                 шиш                                       2                                    Икс                 −                                   грех                                       2                                    Икс                                =                 1           { displaystyle { begin {align}  cosh x +  sinh x & = e ^ {x}  cosh x-  sinh x & = e ^ {- x}  cosh ^ {2} x-  sinh ^ {2} x & = 1  end {выровнено}}}   последний из которых похож на Пифагорейская тригонометрическая идентичность .
Также есть
                                                                                          сечь                                       2                                    Икс                                =                 1                 −                                   танх                                       2                                    Икс                                                               csch                                       2                                    Икс                                =                                   кот                                       2                                    Икс                 −                 1           { displaystyle { begin {align}  operatorname {sech} ^ {2} x & = 1-  tanh ^ {2} x  operatorname {csch} ^ {2} x & =  coth ^ {2} x- 1  конец {выровнено}}}   для других функций.
Суммы аргументов                                                                         грех                                  (                 Икс                 +                 у                 )                                =                 грех                                  Икс                 шиш                                  у                 +                 шиш                                  Икс                 грех                                  у                                             шиш                                  (                 Икс                 +                 у                 )                                =                 шиш                                  Икс                 шиш                                  у                 +                 грех                                  Икс                 грех                                  у                                             танх                                  (                 Икс                 +                 у                 )                                =                                                                             танх                                              Икс                       +                       танх                                              у                                            1                       +                       танх                                              Икс                       танх                                              у              { Displaystyle { begin {align}  sinh (x + y) & =  sinh x  cosh y +  cosh x  sinh y  cosh (x + y) & =  cosh x  cosh y +  sinh x  sinh y  [6px]  tanh (x + y) & = { frac { tanh x +  tanh y} {1+  tanh x  tanh y}}  конец {выровнено}}}   особенно
                                                                        шиш                                  (                 2                 Икс                 )                                =                                   грех                                       2                                                      Икс                  +                                   шиш                                       2                                                      Икс                  =                 2                                   грех                                       2                                    Икс                 +                 1                 =                 2                                   шиш                                       2                                    Икс                 −                 1                                             грех                                  (                 2                 Икс                 )                                =                 2                 грех                                  Икс                 шиш                                  Икс                                             танх                                  (                 2                 Икс                 )                                =                                                                             2                       танх                                              Икс                                            1                       +                                               танх                                                   2                                                Икс              { Displaystyle { begin {выровнен}  cosh (2x) & =  sinh ^ {2} {x} +  cosh ^ {2} {x} = 2  sinh ^ {2} x + 1 = 2  cosh ^ {2} x-1  sinh (2x) & = 2  sinh x  cosh x  tanh (2x) & = { frac {2  tanh x} {1+  tanh ^ {2} x}}  конец {выровнено}}}   Также:
                                                                        грех                                  Икс                 +                 грех                                  у                                =                 2                 грех                                                    (                                                                                     Икс                         +                         у                        2                     )                  шиш                                                    (                                                                                     Икс                         −                         у                        2                     )                                              шиш                                  Икс                 +                 шиш                                  у                                =                 2                 шиш                                                    (                                                                                     Икс                         +                         у                        2                     )                  шиш                                                    (                                                                                     Икс                         −                         у                        2                     )            { displaystyle { begin {align}  sinh x +  sinh y & = 2  sinh  left ({ frac {x + y} {2}}  right)  cosh  left ({ frac {xy} {2 }}  right)  cosh x +  cosh y & = 2  cosh  left ({ frac {x + y} {2}}  right)  cosh  left ({ frac {xy} {2}}  right)  конец {выровнено}}}   Формулы вычитания                                                                         грех                                  (                 Икс                 −                 у                 )                                =                 грех                                  Икс                 шиш                                  у                 −                 шиш                                  Икс                 грех                                  у                                             шиш                                  (                 Икс                 −                 у                 )                                =                 шиш                                  Икс                 шиш                                  у                 −                 грех                                  Икс                 грех                                  у                                             танх                                  (                 Икс                 −                 у                 )                                =                                                                             танх                                              Икс                       −                       танх                                              у                                            1                       −                       танх                                              Икс                       танх                                              у              { Displaystyle { begin {align}  sinh (xy) & =  sinh x  cosh y-  cosh x  sinh y  cosh (xy) & =  cosh x  cosh y-  sinh x  sinh y  tanh (xy) & = { frac { tanh x-  tanh y} {1-  tanh x  tanh y}}  конец {выровнено}}}   Также:[20] 
                                                                        грех                                  Икс                 −                 грех                                  у                                =                 2                 шиш                                                    (                                                                                     Икс                         +                         у                        2                     )                  грех                                                    (                                                                                     Икс                         −                         у                        2                     )                                              шиш                                  Икс                 −                 шиш                                  у                                =                 2                 грех                                                    (                                                                                     Икс                         +                         у                        2                     )                  грех                                                    (                                                                                     Икс                         −                         у                        2                     )            { displaystyle { begin {align}  sinh x-  sinh y & = 2  cosh  left ({ frac {x + y} {2}}  right)  sinh  left ({ frac {xy} { 2}}  right)  cosh x-  cosh y & = 2  sinh  left ({ frac {x + y} {2}}  right)  sinh  left ({ frac {xy} {2 }}  right)  конец {выровнено}}}   Формулы половинного аргумента                                                                         грех                                                    (                                                             Икс                       2                     )                                 =                                                                             грех                                              Икс                                            2                       (                       шиш                                              Икс                       +                       1                       )                                   =                 sgn                                  Икс                                                                                                     шиш                                                  Икс                         −                         1                        2                                                шиш                                                    (                                                             Икс                       2                     )                                 =                                                                                                     шиш                                                  Икс                         +                         1                        2                                                танх                                                    (                                                             Икс                       2                     )                                 =                                                                             грех                                              Икс                                            шиш                                              Икс                       +                       1                                   =                 sgn                                  Икс                                                                                                     шиш                                                  Икс                         −                         1                                                шиш                                                  Икс                         +                         1                     =                                                                                                     е                                                   Икс                         −                       1                                                                    е                                                   Икс                         +                       1              { displaystyle { begin {align}  sinh  left ({ frac {x} {2}}  right) & = { frac { sinh x} { sqrt {2 ( cosh x + 1)} }} && =  operatorname {sgn} x , { sqrt { frac { cosh x-1} {2}}}  [6px]  cosh  left ({ frac {x} {2}}  right) & = { sqrt { frac { cosh x + 1} {2}}}  [6px]  tanh  left ({ frac {x} {2}}  right) & = { frac { sinh x} { cosh x + 1}} && =  operatorname {sgn} x , { sqrt { frac { ch x-1} { cosh x + 1}}} = { frac {e ^ {x} -1} {e ^ {x} +1}}  end {выровнено}}}   где sgn  это функция знака .
Если Икс  ≠ 0[21] 
                    танх                            (                                     Икс               2             )          =                                             шиш                              Икс               −               1                            грех                              Икс            =         кот                  Икс         −         csch                  Икс       { displaystyle  tanh  left ({ frac {x} {2}}  right) = { frac { cosh x-1} { sinh x}} =  coth x-  operatorname {csch} x}   Квадратные формулы                                                                                           грех                                       2                                    Икс                                =                                                       1                     2                   (                 шиш                                  2                 Икс                 −                 1                 )                                                               шиш                                       2                                    Икс                                =                                                       1                     2                   (                 шиш                                  2                 Икс                 +                 1                 )           { displaystyle { begin {align}  sinh ^ {2} x & = { frac {1} {2}} ( cosh 2x-1)  cosh ^ {2} x & = { frac {1} {2}} ( cosh 2x + 1)  конец {выровнено}}}   Неравенства В статистике полезно следующее неравенство:                    шиш                  (         т         )         ≤                   е                                     т                               2                             /              2         { displaystyle  operatorname {cosh} (t)  leq e ^ {t ^ {2} / 2}}   [22] 
Это можно доказать, послеменно сравнивая ряды Тейлора этих двух функций.
Обратные функции как логарифмы                                                                         арсин                                  (                 Икс                 )                                =                 пер                                                    (                                       Икс                     +                                                                                             Икс                                                       2                           +                         1                      )                                              аркош                                  (                 Икс                 )                                =                 пер                                                    (                                       Икс                     +                                                                                             Икс                                                       2                           −                         1                      )                                 Икс                 ⩾                 1                                             Artanh                                  (                 Икс                 )                                =                                                       1                     2                   пер                                                    (                                                                                     1                         +                         Икс                                                1                         −                         Икс                      )                                                   |                  Икс                                   |                  <                 1                                             аркот                                  (                 Икс                 )                                =                                                       1                     2                   пер                                                    (                                                                                     Икс                         +                         1                                                Икс                         −                         1                      )                                                   |                  Икс                                   |                  >                 1                                             Арсех                                  (                 Икс                 )                                =                 пер                                                    (                                                                                     1                         Икс                       +                                                                                                                         1                                                           Икс                                                               2                             −                         1                      )                  =                 пер                                                    (                                                                                     1                         +                                                                               1                             −                                                           Икс                                                               2                            Икс                     )                                 0                 <                 Икс                 ⩽                 1                                             дуга                                  (                 Икс                 )                                =                 пер                                                    (                                                                                     1                         Икс                       +                                                                                                                         1                                                           Икс                                                               2                             +                         1                      )                                 Икс                 ≠                 0           { displaystyle { begin {align}  operatorname {arsinh} (x) & =  ln  left (x + { sqrt {x ^ {2} +1}}  right)  operatorname {arcosh} (x ) & =  ln  left (x + { sqrt {x ^ {2} -1}}  right) && x  geqslant 1  имя оператора {artanh} (x) & = { frac {1} {2} }  ln  left ({ frac {1 + x} {1-x}}  right) && | x | <1  имя оператора {arcoth} (x) & = { frac {1} {2} }  ln  left ({ frac {x + 1} {x-1}}  right) && | x |> 1  operatorname {arsech} (x) & =  ln  left ({ frac { 1} {x}} + { sqrt {{ frac {1} {x ^ {2}}} - 1}}  right) =  ln  left ({ frac {1 + { sqrt {1- x ^ {2}}}} {x}}  right) && 0    Производные                                                                                                               d                                           d                       Икс                    грех                                  Икс                                =                 шиш                                  Икс                                                                                   d                                           d                       Икс                    шиш                                  Икс                                =                 грех                                  Икс                                                                                   d                                           d                       Икс                    танх                                  Икс                                =                 1                 −                                   танх                                       2                                    Икс                 =                                   сечь                                       2                                    Икс                 =                                                       1                                                                   шиш                                                   2                                                Икс                                                                                      d                                           d                       Икс                    кот                                  Икс                                =                 1                 −                                   кот                                       2                                    Икс                 =                 −                                   csch                                       2                                    Икс                 =                 −                                                       1                                                                   грех                                                   2                                                Икс                                   Икс                 ≠                 0                                                                                   d                                           d                       Икс                    сечь                                  Икс                                =                 −                 танх                                  Икс                 сечь                                  Икс                                                                                   d                                           d                       Икс                    csch                                  Икс                                =                 −                 кот                                  Икс                 csch                                  Икс                                Икс                 ≠                 0                                                                                   d                                           d                       Икс                    арсин                                  Икс                                =                                                       1                                                                   Икс                                                   2                         +                       1                                                                                      d                                           d                       Икс                    аркош                                  Икс                                =                                                       1                                                                   Икс                                                   2                         −                       1                                   1                 <                 Икс                                                                                   d                                           d                       Икс                    Artanh                                  Икс                                =                                                       1                                           1                       −                                               Икс                                                   2                                                       |                  Икс                                   |                  <                 1                                                                                   d                                           d                       Икс                    аркот                                  Икс                                =                                                       1                                           1                       −                                               Икс                                                   2                                     1                 <                                   |                  Икс                                   |                                                                                    d                                           d                       Икс                    Арсех                                  Икс                                =                 −                                                       1                                           Икс                                                                         1                           −                                                       Икс                                                           2                                       0                 <                 Икс                 <                 1                                                                                   d                                           d                       Икс                    дуга                                  Икс                                =                 −                                                       1                                                                   |                        Икс                                               |                                                                          1                           +                                                       Икс                                                           2                                       Икс                 ≠                 0           { displaystyle { begin {align} { frac {d} {dx}}  sinh x & =  cosh x  { frac {d} {dx}}  cosh x & =  sinh x  { frac {d} {dx}}  tanh x & = 1-  tanh ^ {2} x =  operatorname {sech} ^ {2} x = { frac {1} { cosh ^ {2} x}}  { frac {d} {dx}}  coth x & = 1-  coth ^ {2} x = -  operatorname {csch} ^ {2} x = - { frac {1} { sinh ^ {2} x}} && x  neq 0  { frac {d} {dx}}  operatorname {sech} x & = -  tanh x  operatorname {sech} x  { frac {d} {dx}}  operatorname {csch} x & = -  coth x  operatorname {csch} x && x  neq 0  { frac {d} {dx}}  operatorname {arsinh} x & = { frac {1} { sqrt {x ^ { 2} +1}}}  { frac {d} {dx}}  operatorname {arcosh} x & = { frac {1} { sqrt {x ^ {2} -1}}} && 1    
Вторые производные Sinh и cosh равны своим вторая производная , это:
                                                        d                               2                             d                               Икс                                   2              грех                  Икс         =         грех                  Икс               { displaystyle { frac {d ^ {2}} {dx ^ {2}}}  sinh x =  sinh x ,}                                                           d                               2                             d                               Икс                                   2              шиш                  Икс         =         шиш                  Икс         .       { displaystyle { frac {d ^ {2}} {dx ^ {2}}}  cosh x =  cosh x  ,.}   Все функции с этим свойством линейные комбинации  греха и кош, в частности экспоненциальные функции                                е                       Икс         { displaystyle e ^ {x}}                                 е                       −             Икс         { displaystyle e ^ {- x}}   
Стандартные интегралы                                                                         ∫                 грех                                  (                 а                 Икс                 )                 d                 Икс                                =                                   а                                       −                     1                   шиш                                  (                 а                 Икс                 )                 +                 C                                             ∫                 шиш                                  (                 а                 Икс                 )                 d                 Икс                                =                                   а                                       −                     1                   грех                                  (                 а                 Икс                 )                 +                 C                                             ∫                 танх                                  (                 а                 Икс                 )                 d                 Икс                                =                                   а                                       −                     1                   пер                                  (                 шиш                                  (                 а                 Икс                 )                 )                 +                 C                                             ∫                 кот                                  (                 а                 Икс                 )                 d                 Икс                                =                                   а                                       −                     1                   пер                                  (                 грех                                  (                 а                 Икс                 )                 )                 +                 C                                             ∫                 сечь                                  (                 а                 Икс                 )                 d                 Икс                                =                                   а                                       −                     1                   арктан                                  (                 грех                                  (                 а                 Икс                 )                 )                 +                 C                                             ∫                 csch                                  (                 а                 Икс                 )                 d                 Икс                                =                                   а                                       −                     1                   пер                                                    (                                       танх                                                                (                                                                                                     а                             Икс                            2                         )                     )                  +                 C                 =                                   а                                       −                     1                   пер                                                    |                                       csch                                          (                     а                     Икс                     )                     −                     кот                                          (                     а                     Икс                     )                    |                  +                 C           { Displaystyle { begin {align}  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 ( ch (ax)) + C  int  coth (ax) , dx & = a ^ {- 1}  ln ( sinh (ax)) + C  int  operatorname {sech} (ax) , dx & = a ^ {- 1}  arctan ( sinh (ax)) + C  int  operatorname {csch} (ax) , dx & = a ^ {- 1}  ln  left ( tanh  left ({ frac {ax} {2}}  right)  right) + C = a ^ {- 1}  ln  left |  operatorname {csch} (ax) -  coth (ax)  right | + C  end {align}}}   Следующие интегралы можно доказать с помощью гиперболическая замена :
                                                                        ∫                                                                             1                                                                         а                                                       2                           +                                                   ты                                                       2                        d                   ты                                 =                 арсин                                                    (                                                             ты                       а                     )                  +                 C                                             ∫                                                                             1                                                                         ты                                                       2                           −                                                   а                                                       2                        d                   ты                                 =                 аркош                                                    (                                                             ты                       а                     )                  +                 C                                             ∫                                                       1                                                                   а                                                   2                         −                                               ты                                                   2                      d                 ты                                =                                   а                                       −                     1                   Artanh                                                    (                                                             ты                       а                     )                  +                 C                                                  ты                                       2                   <                                   а                                       2                                               ∫                                                       1                                                                   а                                                   2                         −                                               ты                                                   2                      d                 ты                                =                                   а                                       −                     1                   аркот                                                    (                                                             ты                       а                     )                  +                 C                                                  ты                                       2                   >                                   а                                       2                                               ∫                                                                             1                                               ты                                                                                                             а                                                               2                               −                                                           ты                                                               2                          d                   ты                                 =                 −                                   а                                       −                     1                   Арсех                                                    (                                                             ты                       а                     )                  +                 C                                             ∫                                                                             1                                               ты                                                                                                             а                                                               2                               +                                                           ты                                                               2                          d                   ты                                 =                 −                                   а                                       −                     1                   дуга                                                    |                                                             ты                       а                     |                  +                 C           { displaystyle { begin {align}  int {{ frac {1} { sqrt {a ^ {2} + u ^ {2}}}} , du} & =  operatorname {arsinh}  left ( { frac {u} {a}}  right) + C  int {{ frac {1} { sqrt {u ^ {2} -a ^ {2}}}} , du} & =  operatorname {arcosh}  left ({ frac {u} {a}}  right) + C  int { frac {1} {a ^ {2} -u ^ {2}}} , du & = a ^ {- 1}  operatorname {artanh}  left ({ frac {u} {a}}  right) + C && u ^ {2}  a ^ {2}  int {{ frac {1} {u { sqrt {a ^ {2} -u ^ {2}}}}} , du} & = - a ^ {- 1}  operatorname {arsech}  left ({ frac {u} {a}}  right) + C  int {{ frac {1} {u { sqrt {a ^ {2} + u ^ {2}}}}} , du} & = - a ^ {- 1}  operatorname {arcsch}  left | { frac {u} {a}}  right | + C  end {align}}}    где C  это постоянная интеграции .
Выражения ряда Тейлора Можно явно выразить Серия Тейлор  на нуле (или Серия Laurent , если функция не определена в нуле) указанных выше функций.
                    грех                  Икс         =         Икс         +                                             Икс                               3                             3               !            +                                             Икс                               5                             5               !            +                                             Икс                               7                             7               !            +         ⋯         =                   ∑                       п             =             0                        ∞                                               Икс                               2                 п                 +                 1                             (               2               п               +               1               )               !          { displaystyle  sinh x = x + { frac {x ^ {3}} {3!}} + { frac {x ^ {5}} {5!}} + { frac {x ^ {7}} {7!}} +  Cdots =  sum _ {n = 0} ^ { infty} { frac {x ^ {2n + 1}} {(2n + 1)!}}}   Эта серия сходящийся  для каждого сложный  ценность Икс . Поскольку функция грех Икс   является странный , только нечетные показатели для Икс 
                    шиш                  Икс         =         1         +                                             Икс                               2                             2               !            +                                             Икс                               4                             4               !            +                                             Икс                               6                             6               !            +         ⋯         =                   ∑                       п             =             0                        ∞                                               Икс                               2                 п                             (               2               п               )               !          { displaystyle  cosh x = 1 + { frac {x ^ {2}} {2!}} + { frac {x ^ {4}} {4!}} + { frac {x ^ {6} } {6!}} +  Cdots =  sum _ {n = 0} ^ { infty} { frac {x ^ {2n}} {(2n)!}}}   Эта серия сходящийся  для каждого сложный  ценность Икс . Поскольку функция шиш Икс   является даже , только четные показатели для Икс 
Сумма рядов sinh и cosh равна бесконечная серия  выражение экспоненциальная функция .
Следующие серии сопровождаются описанием подмножества их область конвергенции , где ряд сходится, а его сумма равна функции.
                                                                        танх                                  Икс                                =                 Икс                 −                                                                             Икс                                               3                       3                   +                                                                             2                                               Икс                                                   5                        15                   −                                                                             17                                               Икс                                                   7                        315                   +                 ⋯                 =                                   ∑                                       п                     =                     1                                        ∞                                                                                                       2                                                   2                           п                         (                                               2                                                   2                           п                         −                       1                       )                                               B                                                   2                           п                                                 Икс                                                   2                           п                           −                           1                                              (                       2                       п                       )                       !                    ,                                   |                   Икс                   |                  <                                                       π                     2                                               кот                                  Икс                                =                                   Икс                                       −                     1                   +                                                       Икс                     3                   −                                                                             Икс                                               3                       45                   +                                                                             2                                               Икс                                                   5                        945                   +                 ⋯                 =                                   ∑                                       п                     =                     0                                        ∞                                                                                                       2                                                   2                           п                                                 B                                                   2                           п                                                 Икс                                                   2                           п                           −                           1                                              (                       2                       п                       )                       !                    ,                 0                 <                                   |                   Икс                   |                  <                 π                                             сечь                 Икс                                =                 1                 −                                                                             Икс                                               2                       2                   +                                                                             5                                               Икс                                                   4                        24                   −                                                                             61                                               Икс                                                   6                        720                   +                 ⋯                 =                                   ∑                                       п                     =                     0                                        ∞                                                                                                       E                                                   2                           п                                                 Икс                                                   2                           п                                              (                       2                       п                       )                       !                    ,                                   |                   Икс                   |                  <                                                       π                     2                                               csch                 Икс                                =                                   Икс                                       −                     1                   −                                                       Икс                     6                   +                                                                             7                                               Икс                                                   3                        360                   −                                                                             31                                               Икс                                                   5                        15120                   +                 ⋯                 =                                   ∑                                       п                     =                     0                                        ∞                                                                               2                       (                       1                       −                                               2                                                   2                           п                           −                           1                         )                                               B                                                   2                           п                                                 Икс                                                   2                           п                           −                           1                                              (                       2                       п                       )                       !                    ,                 0                 <                                   |                   Икс                   |                  <                 π           { displaystyle { begin {align}  tanh x & = x - { frac {x ^ {3}} {3}} + { frac {2x ^ {5}} {15}} - { frac {17x ^ {7}} {315}} +  cdots =  sum _ {n = 1} ^ { infty} { frac {2 ^ {2n} (2 ^ {2n} -1) B_ {2n} x ^ {2n-1}} {(2n)!}},  Qquad  left | x  right | <{ frac { pi} {2}}  coth x & = x ^ {- 1} + { frac {x} {3}} - { frac {x ^ {3}} {45}} + { frac {2x ^ {5}} {945}} +  cdots =  sum _ {n = 0} ^ { infty} { frac {2 ^ {2n} B_ {2n} x ^ {2n-1}} {(2n)!}},  qquad 0 < left | x  right | < pi   operatorname {sech} , x & = 1 - { frac {x ^ {2}} {2}} + { frac {5x ^ {4}} {24}} - { frac {61x ^ {6} } {720}} +  cdots =  sum _ {n = 0} ^ { infty} { frac {E_ {2n} x ^ {2n}} {(2n)!}},  Qquad  left | x  right | <{ frac { pi} {2}}  operatorname {csch} , x & = x ^ {- 1} - { frac {x} {6}} + { frac {7x ^ {3}} {360}} - { frac {31x ^ {5}} {15120}} +  cdots =  sum _ {n = 0} ^ { infty} { frac {2 (1-2 ^ {2n-1}) B_ {2n} x ^ {2n-1}} {(2n)!}},  Qquad 0 < left | x  right | < pi  end {align}}}   где:
                              B                       п                 { displaystyle B_ {n} ,}   п th Число Бернулли                               E                       п                 { Displaystyle E_ {п} ,}   п th Число Эйлера Сравнение с круговыми функциями Касательная к окружности и гиперболе в точке (1,1) отображает геометрию круговых функций в терминах 
круговой сектор  площадь 
ты  и гиперболические функции в зависимости от 
гиперболический сектор  площадь 
ты .
Гиперболические функции представляют собой разложение тригонометрия  за пределами круговые функции . Оба типа зависят от аргумент , либо круговой угол  или гиперболический угол .
Поскольку площадь кругового сектора  с радиусом р  и угол ты  (в радианах) равно р 2 ты / 2, она будет равна ты  когда р  = √2  . На схеме такая окружность касается гиперболы ху  = 1 в (1,1). Желтый сектор обозначает площадь и угловую величину. Точно так же желтый и красный секторы вместе обозначают область и величина гиперболического угла .
Ноги двоих прямоугольные треугольники  с гипотенузой на луче, определяющем углы, имеют длину √2   умножить на круговые и гиперболические функции.
Гиперболический угол - это инвариантная мера  с уважением к сжатие , так же, как круговой угол инвариантен относительно вращения.[23] 
В Функция Гудермана  дает прямую связь между круговыми функциями и гиперболическими функциями, не использующими комплексные числа.
График функции а  сш (Икс /а ) это цепная связь , кривая, образованная однородной гибкой цепью, свободно свисающей между двумя фиксированными точками под действием равномерного силы тяжести.
Связь с экспоненциальной функцией Разложение экспоненты по ее четные и нечетные части  дает личности
                              е                       Икс           =         шиш                  Икс         +         грех                  Икс         ,       { Displaystyle е ^ {х} =  сш х +  зп х,}   и
                              е                       −             Икс           =         шиш                  Икс         −         грех                  Икс         .       { displaystyle e ^ {- x} =  cosh x-  sinh x.}   Первый аналогичен Формула Эйлера 
                              е                       я             Икс           =         потому что                  Икс         +         я         грех                  Икс         .       { Displaystyle е ^ {ix} =  соз х + я  грех х.}   Дополнительно,
                              е                       Икс           =                                                             1                 +                 танх                                  Икс                                1                 −                 танх                                  Икс             =                                             1               +               танх                                                                Икс                   2                              1               −               танх                                                                Икс                   2            { displaystyle e ^ {x} = { sqrt { frac {1+  tanh x} {1-  tanh x}}} = { frac {1+  tanh { frac {x} {2}} } {1-  tanh { frac {x} {2}}}}}   Гиперболические функции для комплексных чисел Поскольку экспоненциальная функция  можно определить для любого сложный  аргумент, мы также можем расширить определения гиперболических функций до сложных аргументов. Функции sinhz  и шишz  тогда голоморфный .
Отношения к обычным тригонометрическим функциям задаются формулой Формула Эйлера  для комплексных чисел:
                                                                                          е                                       я                     Икс                                  =                 потому что                                  Икс                 +                 я                 грех                                  Икс                                                               е                                       −                     я                     Икс                                  =                 потому что                                  Икс                 −                 я                 грех                                  Икс           { displaystyle { begin {align} e ^ {ix} & =  cos x + i  sin x  e ^ {- ix} & =  cos x-i  sin x  end {выравнивается}}}   так:
                                                                        шиш                                  (                 я                 Икс                 )                                =                                                       1                     2                                     (                                                             е                                               я                         Икс                       +                                           е                                               −                         я                         Икс                      )                  =                 потому что                                  Икс                                             грех                                  (                 я                 Икс                 )                                =                                                       1                     2                                     (                                                             е                                               я                         Икс                       −                                           е                                               −                         я                         Икс                      )                  =                 я                 грех                                  Икс                                             шиш                                  (                 Икс                 +                 я                 у                 )                                =                 шиш                                  (                 Икс                 )                 потому что                                  (                 у                 )                 +                 я                 грех                                  (                 Икс                 )                 грех                                  (                 у                 )                                             грех                                  (                 Икс                 +                 я                 у                 )                                =                 грех                                  (                 Икс                 )                 потому что                                  (                 у                 )                 +                 я                 шиш                                  (                 Икс                 )                 грех                                  (                 у                 )                                             танх                                  (                 я                 Икс                 )                                =                 я                 загар                                  Икс                                             шиш                                  Икс                                =                 потому что                                  (                 я                 Икс                 )                                             грех                                  Икс                                =                 −                 я                 грех                                  (                 я                 Икс                 )                                             танх                                  Икс                                =                 −                 я                 загар                                  (                 я                 Икс                 )           { displaystyle { begin {align}  cosh (ix) & = { frac {1} {2}}  left (e ^ {ix} + e ^ {- ix}  right) =  cos x   sinh (ix) & = { frac {1} {2}}  left (e ^ {ix} -e ^ {- ix}  right) = i  sin x  cosh (x + iy) & =  cosh (x)  cos (y) + i  sinh (x)  sin (y)  sinh (x + iy) & =  sinh (x)  cos (y) + i  cosh (x )  sin (y)  tanh (ix) & = i  tan x  cosh x & =  cos (ix)  sinh x & = - i  sin (ix)  tanh x & = - я  тан (ix)  конец {выровнено}}}   Таким образом, гиперболические функции периодический  по мнимой составляющей с периодом                     2         π         я       { displaystyle 2  pi i}                       π         я       { displaystyle  pi i}   
Гиперболические функции на комплексной плоскости                     грех                  (         z         )       { displaystyle  operatorname {sinh} (z)}                       шиш                  (         z         )       { displaystyle  operatorname {cosh} (z)}                       танх                  (         z         )       { displaystyle  operatorname {tanh} (z)}                       кот                  (         z         )       { displaystyle  operatorname {coth} (z)}                       сечь                  (         z         )       { displaystyle  operatorname {sech} (z)}                       csch                  (         z         )       { displaystyle  operatorname {csch} (z)}   
Смотрите также использованная литература ^ а б   «Исчерпывающий список символов алгебры» . Математическое хранилище . 2020-03-25. Получено 2020-08-29  .^ а б c d   Вайсштейн, Эрик В. «Гиперболические функции» . mathworld.wolfram.com . Получено 2020-08-29  . ^ (1999) Краткий словарь Коллинза , 4-е издание, HarperCollins, Глазго, ISBN   0 00 472257 4, п. 1386 ^ а б   Краткий словарь Коллинза , п. 328^ а б   «Гиперболические функции» . www.mathsisfun.com . Получено 2020-08-29  .^ Краткий словарь Коллинза , п. 1520^ Краткий словарь Коллинза , п. 1340^ Краткий словарь Коллинза , п. 329^ танх ^ Вудхаус, Н. М. Дж.  (2003), Специальная теория относительности , Лондон: Springer, стр. 71, ISBN   978-1-85233-426-0 ^ Абрамовиц, Милтон ; Стегун, Ирен А. , ред. (1972), Справочник по математическим функциям с формулами, графиками и математическими таблицами Dover Publications , ISBN   978-0-486-61272-0 ^ Некоторые примеры использования arcsinh   нашел в Google Книги .^ Нивен, Иван (1985). Иррациональные числа . 11 . Математическая ассоциация Америки. ISBN   9780883850381 JSTOR   10.4169 / j.ctt5hh8zn . ^ Роберт Э. Брэдли, Лоуренс А. Д'Антонио, Чарльз Эдвард Сандифер. 300 лет Эйлеру: признание.  Математическая ассоциация Америки, 2007. Стр. 100. ^ Георг Ф. Беккер. Гиперболические функции.  Прочтите книги, 1931. Страница xlviii. ^ Н.П., Бали (2005). Золотое интегральное исчисление ISBN   81-7008-169-6  ^ Вайсштейн, Эрик В.  «Гиперболический тангенс» . MathWorld ^ «Получение тангенциального раствора в 1 / 2 ж " = ж 3  − ж " . Математика StackExchange  . Получено 18 марта  2016 .^ Осборн, Г. (июль 1902 г.). «Мнемоника для гиперболических формул» . Математический вестник 2  (34): 189. Дои :10.2307/3602492 . JSTOR   3602492 . ^ Мартин, Джордж Э. (1986). Основы геометрии и неевклидова плоскость  (1-й кор. Ред.). Нью-Йорк: Springer-Verlag. п. 416. ISBN   3-540-90694-0  ^ «Докажи личность» . StackExchange  (математика). Получено 24 января  2016 .^ Audibert, Жан-Ив (2009). «Высокая скорость обучения статистическому выводу посредством агрегирования». Летопись статистики. п. 1627. [1] ^ Меллен В. Хаскелл , «О введении понятия гиперболических функций», Бюллетень Американского математического общества  1 :6:155–9, полный текст внешние ссылки Тригонометрические и гиперболические функции
Элементарный Взаимный Обратный Гиперболический Обратный гиперболический Другой 
Авторитетный контроль