Inverzne hiperboličke funkcije, njihovi grafovi i formule. Referentni podaci o hiperboličkim funkcijama - svojstva, grafovi, formule

Pretplatite se
Pridružite se koon.ru zajednici!
U kontaktu sa:

odgovor: Hiperboličke funkcije - porodica elementarne funkcije izraženo eksponencijalno i blisko povezano sa trigonometrijske funkcije. Hiperboličke funkcije uveo je Vincenzo Riccati 1757. (Opusculorum, tom I). Dobio ih je razmatranjem jedne hiperbole.

Dalje istraživanje svojstava hiperboličkih funkcija proveo je Lambert. Hiperboličke funkcije se često susreću u proračunu različitih integrala. Neki integrali iz racionalne funkcije i od funkcija koje sadrže radikale prilično je lako izvesti putem promjena varijabli koristeći hiperboličke funkcije. Izvode hiperboličkih funkcija je lako pronaći jer su hiperboličke funkcije kombinacije.Na primjer, hiperbolički sinus i kosinus su definirani kao Izvodi ovih funkcija imaju oblik Hiperboličke funkcije su date sljedećim formulama: 1) hiperbolički sinus: (v strane književnosti označeno sinx); 2) hiperbolički kosinus: (u stranoj literaturi označava se kao cosx); 3) hiperbolička tangenta: (u stranoj literaturi se označava kao tanx); 4) hiperbolički kotangens: ; 5) hiperbolički sekans i kosekant: Geometrijska definicija: U pogledu odnosa, hiperboličke funkcije daju parametarski prikaz hiperbole. U ovom slučaju, argument je t=2S, gdje je S površina krivolinijskog trokuta OQR, uzeta sa " +” znak ako sektor leži iznad ose OX, i “−” u suprotnom slučaju. Ova definicija je analogna definiciji trigonometrijskih funkcija u terminima jedinične kružnice, koja se također može konstruirati na sličan način. Veza sa trigonometrijskim funkcijama: Hiperboličke funkcije se izražavaju u terminima trigonometrijskih funkcija imaginarnog argumenta. Analitička svojstva: Hiperbolički sinus i hiperbolički kosinus su analitički u cijeloj kompleksnoj ravni, osim suštinske singularne tačke u beskonačnosti.

Hiperbolički tangent je analitičan svuda osim na polovima, gdje je n cijeli broj. Ostaci na svim ovim polovima su jednaki jedan. Hiperbolički kotangens je svuda analitičan, osim za tačke, njegovi ostaci na ovim polovima su takođe jednaki jedinici.

Tabela izvedenica.

odgovor: Tabela derivata (koja nam je uglavnom potrebna):

46) Izvod funkcije je zadan parametarski.

odgovor: Neka je data ovisnost dvije varijable x i y o parametru t koji varira unutar od. Neka funkcija ima inverznu vrijednost: Tada možemo, uzimajući kompoziciju funkcija dobiti y ovisnost o x: Ovisnost vrijednosti y od vrijednosti x, data parametarski, može se izraziti u terminima izvoda funkcija jer i, prema formuli za izvod inverzne funkcije, gdje je vrijednost parametra pri kojem dobijamo vrijednost x koja nas zanima pri izračunavanju izvoda. Imajte na umu da nas primjena formule vodi do odnosa između, opet izraženog kao parametarski odnos: druga od ovih relacija je ista kao ona uključena u parametarsku specifikaciju funkcije y(x) . Unatoč činjenici da derivacija nije eksplicitno izražena u smislu ovoga, to nas ne sprječava da rješavamo probleme vezane za pronalaženje izvoda pronalaženjem odgovarajuće vrijednosti parametra t. Pokažimo to na sljedećem primjeru. Primjer 4.22: Neka ovisnost između x i y bude data parametarski sljedećim formulama: Nađimo jednadžbu tangente na graf ovisnosti y(x) u tački Vrijednosti se dobijaju ako uzmemo t=1. Nađimo izvode x i y u odnosu na parametar t: Dakle Na t=1 dobijamo vrijednost izvoda, ova vrijednost postavlja nagib k željene tangente. Koordinate dodirne tačke su navedene u izjavi o problemu. Dakle, jednadžba tangente je sljedeća: Imajte na umu da na osnovu dobijene parametarske zavisnosti možemo pronaći drugi izvod funkcije y u odnosu na varijablu x:

Referentni podaci o hiperboličkim funkcijama. Definicije, grafovi i svojstva hiperboličkog sinusa, kosinusa, tangenta i kotangensa. Formule za zbrojeve, razlike i proizvode. Derivati, integrali, proširenja nizova. Izrazi u terminima trigonometrijskih funkcija.

Definicije hiperboličkih funkcija, njihovi domeni definicija i vrijednosti

sh x - hiperbolički sinus

, -∞ < x < +∞; -∞ < y < +∞ .

ch x - hiperbolički kosinus

, -∞ < x < +∞; 1 ≤ y< +∞ .

th x - hiperbolički tangent

, -∞ < x < +∞; - 1 < y < +1 .

cth x - hiperbolički kotangens

X≠ 0; y< -1 или y > +1 .

Grafovi hiperboličkih funkcija

Grafikon hiperboličkog sinusa y = sh x

Dijagram hiperboličkog kosinusa y = ch x

Dijagram hiperboličke tangente y= hvala

Grafikon hiperboličkog kotangensa y= cth x

Formule s hiperboličkim funkcijama

Veza sa trigonometrijskim funkcijama

sin iz = i sh z ; cos iz = ch z
sh iz = i sin z ; ch iz = cos z
tgiz = i th z ; ctg iz = - i cth z
th iz = i tg z ; cth iz = - i ctg z
Ovdje je i imaginarna jedinica, i 2 = - 1 .

Primjenom ovih formula na trigonometrijske funkcije dobijamo formule koje se odnose na hiperboličke funkcije.

Paritet

sh(-x) = - sh x; ch(-x) = ch x.
th(-x) = -th x; cth(-x) = - cth x.

Funkcija ch(x)- čak. Funkcije sh(x), hvala), cth(x)- čudno.

Razlika kvadrata

ch 2 x - sh 2 x = 1.

Formule za zbir i razliku argumenata

sh(x y) = sh x ch y ch x sh y,
ch(x y) = ch x ch y sh x sh y,
,
,

sh 2 x = 2 sh x ch x,
ch 2 x = ch 2 x + sh 2 x = 2 ch 2 x - 1 = 1 + 2 sh 2 x,
.

Formule za proizvode hiperboličkog sinusa i kosinusa

,
,
,

,
,
.

Formule za zbir i razliku hiperboličkih funkcija

,
,
,
,
.

Odnos hiperboličkog sinusa i kosinusa sa tangentom i kotangensom

, ,
, .

Derivati

,

Integrali od sh x, ch x, th x, cth x

,
,
.

Proširenja u serije

sh x

ch x

hvala

cth x

Inverzne funkcije

Areasine

Na - ∞< x < ∞ и - ∞ < y < ∞ имеют место формулы:
,
.

Areacosine

At 1 ≤ x< ∞ i 0 ≤ y< ∞ postoje formule:
,
.

Druga grana areakosinusa nalazi se na 1 ≤ x< ∞ i - ∞< y ≤ 0 :
.

Areatangent

u - 1 < x < 1 i - ∞< y < ∞ имеют место формулы:
,
.

Areacotangent

Na - ∞< x < - 1 ili 1 < x < ∞ i y ≠ 0 postoje formule:
,
.

Reference:
I.N. Bronstein, K.A. Semendjajev, Priručnik iz matematike za inženjere i studente visokoškolskih ustanova, Lan, 2009.

Hiperboličke funkcije se nalaze u mehanici, elektrotehnici i drugim tehničkim disciplinama. Mnoge formule za hiperboličke funkcije slične su formulama za trigonometrijske funkcije, osim svojstva ograničenosti.


Funkcija Ime Derivat
1. hiperbolički sinus
2. hiperbolički kosinus
3.
hiperbolička tangenta
4.
hiperbolički kotangens

Formule za hiperboličke funkcije

1. .

Dokaz. Uzmite u obzir željenu razliku

. .

Dokaz. Razmotrite proizvod

.

Razmotrite proizvod
.

Dodajemo dva proizvoda i dajemo slične:

Povezujući početak i kraj, dobijamo traženu jednakost: .

Postoje mnoga druga svojstva hiperboličkih funkcija slična svojstvima trigonometrijskih funkcija, a koja se na sličan način dokazuju.

Dokažimo formule za izvode hiperboličkih funkcija.

1. Razmotrite hiperbolički sinus .

Prilikom pronalaženja derivacije konstantu uzimamo iz predznaka izvoda. Zatim, primjenjujemo svojstvo izvoda razlike dvije funkcije i . Izvod funkcije nalazimo iz tabele derivacija: . Tražimo derivaciju funkcije kao derivaciju složena funkcija
.

Dakle, derivat
.

Povezujući početak i kraj, dobijamo traženu jednakost: .

2. Razmotrimo hiperbolički kosinus .

U potpunosti primjenjujemo prethodni algoritam, samo umjesto svojstva na derivaciju razlike dvije funkcije koristimo svojstvo na derivaciju zbira ove dvije funkcije.
.

Povezujući početak i kraj, dobijamo traženu jednakost: .

3. Razmotrite hiperboličku tangentu
.

Izvod nalazimo prema pravilu za nalaženje izvoda razlomka.

4. Derivat hiperboličkog kotangensa

može se naći kao derivat kompleksne funkcije
.

Povezujući početak i kraj, dobijamo traženu jednakost: .

Funkcijski diferencijal

Neka funkcija je diferencibilan u tački , tada se njegov prirast ove funkcije u tački , koji odgovara inkrementu argumenta , može predstaviti kao

gdje je neki broj koji ne ovisi o , i funkcija je argumenta , koji je beskonačno mali na .

Dakle, inkrement funkcije je zbir dva infinitezimalna člana i . Pokazalo se da je drugi mandat je infinitezimalna funkcija višeg reda od tj. (vidi 8.1). Dakle, prvi mandat je glavni linearni dio inkrementa funkcije . U napomeni 8.1. dobija se druga formula (8.1.1) za prirast funkcije , i to: . (8.1.1)



Definicija 8.3 Diferencijal funkcije na tački se zove dom linearni dio njegov prirast, jednak proizvodu derivacije u ovom trenutku proizvoljnim povećanjem argumenta , i označava se (ili ):

(8.4)

Funkcijski diferencijal takođe pozvan diferencijal prvog reda.

Diferencijal nezavisne varijable je bilo koji broj nezavisan od . Najčešće se kao ovaj broj uzima prirast varijable, tj. . Ovo se slaže s pravilom (8.4) za pronalaženje diferencijala funkcije

Razmotrite funkciju i pronađite njegov diferencijal.

Jer derivat . Tako smo dobili: i diferencijalna funkcija može se pronaći pomoću formule

. (8.4.1)

Napomena 8.7. Iz formule (8.4.1) slijedi da.

Dakle, notacija se može shvatiti ne samo kao notacija za derivaciju , ali i kao omjer diferencijala zavisnih i nezavisnih varijabli.

8.7. Geometrijsko značenje diferencijala funkcije

Neka je graf funkcije nacrtana (vidi sliku 8.1) tangenta . Dot je na grafu funkcije i ima apscisu - . Dajemo proizvoljan prirast tako da je tačka nije izvan opsega funkcije .

Slika 8.1 Slika grafa funkcije

Tačka ima koordinate . Odjeljak . Tačka leži na tangenti na graf funkcije i ima apscisu . Od pravougaonika slijedi da je , gdje je kut kut između pozitivnog smjera osi i tangente nacrtane na graf funkcije u tački . Po definiciji diferencijala funkcija i geometrijsko značenje derivacije funkcije u tački , zaključujemo da . Na ovaj način, geometrijskom smislu diferencijalna funkcija leži u činjenici da je diferencijal povećanje ordinate tangente na graf funkcije u tački .



Napomena 8.8. Diferencijal i prirast za proizvoljnu funkciju U opštem slučaju, razlika između inkrementa i diferencijala funkcije je beskonačno mali red manje od inkrementa argumenta. Iz definicije 8.1 slijedi da
, tj. .

Na slici 8.1, tačka leži na grafu funkcije i ima koordinate
. Odjeljak .

Na slici 8.1, nejednakost , tj. . Ali postoje slučajevi kada je istinita suprotna nejednakost . Ovo je urađeno za linearna funkcija i za konveksnu funkciju prema gore.

Date su definicije inverznih hiperboličkih funkcija i njihovi grafovi. Kao i formule koje povezuju inverzne hiperboličke funkcije - formule za zbrojeve i razlike. Izrazi u terminima trigonometrijskih funkcija. Derivati, integrali, proširenja nizova.

Definicije inverznih hiperboličkih funkcija, njihovi domeni definicija i vrijednosti

arsh x - inverzni hiperbolički sinus

Inverzni hiperbolički sinus (areasin), je inverzna funkcija hiperboličkog sinusa ( x= sh y) , s domenom -∞< x < +∞ и множество значений -∞ < y < +∞ .

Površinski sinus se striktno povećava na cijeloj brojevnoj osi.

arch x - inverzni hiperbolički kosinus

Inverzni hiperbolički kosinus (areakosinus), je inverzna funkcija hiperboličkog kosinusa ( x= ch y) , koji ima domenu definicije 1 ≤ x< +∞ i mnoge vrijednosti 0 ≤ y< +∞ .

Arekosinus se striktno povećava u svom domenu definicije.

Druga grana areakosinusa je također definirana za x ≥ 1 i nalazi se simetrično oko x-ose, - ∞< y ≤ 0 :
. Ona se striktno smanjuje na domenu definicije.

arth x - inverzni hiperbolički tangent

Inverzni hiperbolički tangent (areatangent), je inverzna funkcija hiperboličkog tangenta ( x= thy) , koji ima domenu definicije - 1 < x < 1 i skup vrijednosti -∞< y < +∞ .

Tangenta površine se striktno povećava u svom domenu definicije.

arcth x - inverzni hiperbolički kotangens

Inverzni hiperbolički kotangens (areakotangens), je inverzna funkcija hiperboličkog kotangensa ( x= cth y) , koji ima domenu |x| > 1 i skup vrijednosti y ≠ 0 .

Arekotangens se striktno smanjuje u svom domenu definicije.

Grafikon inverznog hiperboličkog sinusa (areasin) y = arsh x

Grafikon inverznog hiperboličkog kosinusa (areakosinus) y = luk x , x ≥ 1
Isprekidana linija pokazuje drugu granu arekosinusa.

Grafikon inverzne hiperboličke tangente (areatangenta) y = arth x , |x|< 1

Grafikon inverznog hiperboličkog kotangensa (areakotangensa) y = arcth x , |x| > 1

Formule s inverznim hiperboličkim funkcijama

Veza sa trigonometrijskim funkcijama

Arsh iz = i Arcsin z; Arch z = i Arccos z;
Arcsin iz = i Arsh z; Arccos z = - i Arch z;
Arth iz = i Arctg z; Arcth iz = - i Arcctg z;
Arctg iz = i Arth z; Arcctg iz = - i Arcth z;
Ovdje je i imaginarna jedinica, i 2 = - 1 .

Paritet

arsh(-x) = - arsh x; arch(-x) ≠ arch x;
arth(-x) = - arth x; arcth(-x) = - arcth x.

Funkcije arsh(x), arth(x), arcth(x)- čudno. Funkcija luk (x)- nije paran ili neparan.

Formule odnosa za inverzne hiperboličke sinuse kroz tangente i kosinuse kroz kotangense

;
;
;
.

Formule zbira i razlike

;
;
;
.

Derivati ​​inverznih hiperboličkih funkcija

;
.

Integrali arsh x, arch x, arth x, arcth x

arsh x

Da bismo izračunali integral hiperboličkog inverznog sinusa, pravimo supstituciju x = sh t i integrirati po dijelovima:
.

arch x

Slično, za hiperbolički arc kosinus. Napravimo zamjenu x = ch t i integrirati po dijelovima, uzimajući u obzir da je t ≥ 0 :
.

arth x

Napravimo zamjenu x = th t i integrirati po dijelovima:
;
;
;
.

arcth x

Slično, dobijamo:
.

Proširenja u serije

arsh x

Za |x|< 1

arth x

Za |x|< 1 odvija se sljedeća razgradnja:

arcth x

Za |x| > 1 odvija se sljedeća razgradnja:

Inverzne funkcije

Hiperbolički sinus

Na - ∞< y < ∞ и - ∞ < x < ∞ имеют место формулы:
,
.

Hiperbolički kosinus

At 1 ≤ y< ∞ i 0 ≤ x< ∞ postoje formule:
,
.

Hiperbolički tangent

u - 1 < y < 1 i - ∞< x < ∞ имеют место формулы:
,
.

Hiperbolički kotangens

Na - ∞< y < - 1 ili 1 < y < ∞ i x ≠ 0 postoje formule:
,
.

Reference:
I.N. Bronstein, K.A. Semendjajev, Priručnik iz matematike za inženjere i studente visokoškolskih ustanova, Lan, 2009.

Povratak

×
Pridružite se koon.ru zajednici!
U kontaktu sa:
Već sam pretplaćen na koon.ru zajednicu