matematikë, funksionet hiperbolike janë analoget e funksioneve të zakonshme trigonometrike, por të përcaktuara duke përdorur hiperbolën dhe jo rrethin . Ashtu si pikat (cos t, sin t) formojnë një rreth njësi, pikat (cosh t, sinh t) formojnë gjysmën e djathtë të hiperbolës njësi . Gjithashtu, në mënyrë të ngjashme me mënyrën se si derivatet e sin(t) dhe cost(t) janë përkatësisht cost(t) dhe -sin(t), derivatet e sinh(t) dhe cosh(t) janë cosh(t) dhe sinh(t) respektivisht.

Funksionet hiperbolike hasen në llogaritjet e këndeve dhe largësive në gjeometrinë hiperbolike . Ato hasen gjithashtu në zgjidhjet e shumë ekuacioneve diferenciale lineare (siç është ekuacioni që përcakton një katenare ), ekuacionet kubike dhe ekuacioni i Laplasitkoordinata karteziane . Ekuacionet e Laplasit janë të rëndësishme në shumë fusha të fizikës, duke përfshirë teorinë elektromagnetike, transferimin e nxehtësisë, dinamikën e lëngjeve dhe relativitetin special .

Funksionet themelore hiperbolike janë: [1]

  • sinusi hiperbolik " sinh " ,
  • kosinusi hiperbolik " cosh ", [2]

nga të cilat rrjedhin: [3]

  • tangjenti hiperbolik " tanh ", [4]
  • kotangjenti hiperbolik " coth ", [5] [6]

që u përkojnë funksioneve trigonometrike të prejardhura.

Funksionet hiperbolike të anasjellta janë:

  • sinusi hiperbolik i zonës " arsinh " (i shënuar gjithashtu " sinh−1 ", " asinh " ose ndonjëherë " arcsinh ") [7] [8] [9]
  • kosinusi hiperbolik i zonës " arcosh " (i shënuar gjithashtu " cosh−1 ", " acosh " ose ndonjëherë " arccosh ")
  • e kështu me radhë.
Një rreze përmes hiperbolës njësi në pikën , ku është dyfishi i sipërfaqes ndërmjet rrezes, hiperbolës dhe boshtit x . Për pikat në hiperbolën nën boshtin x, zona konsiderohet negative (shih versionin e animuar me krahasimin me funksionet trigonometrike (rrethore)).

Funksionet hiperbolike marrin një argument real të quajtur kënd hiperbolik . Madhësia e një këndi hiperbolik është dyfishi i sipërfaqes së sektorit të tij hiperbolik . Funksionet hiperbolike mund të përcaktohen në termat e këmbëve të një trekëndëshi kënddrejtë që mbulon këtë sektor.

analizën komplekse, funksionet hiperbolike lindin kur zbatohen funksionet e zakonshme të sinusit dhe kosinusit në një kënd imagjinar. Sinusi hiperbolik dhe kosinusi hiperbolik janë funksione të tëra . Si rezultat, funksionet e tjera hiperbolike janë meromorfike në të gjithë planin kompleks.

Funksionet hiperbolike u prezantuan në vitet 1760 në mënyrë të pavarur nga Vincenzo Riccati dhe Johann Heinrich Lambert . [10] Riccati përdori Sc. dhe Cc. ( sinus/cosinus circulare) për t'iu referuar funksioneve rrethore dhe Sh. dhe Ch. ( sinus/cosinus hyperbolico ) për t'iu referuar funksioneve hiperbolike. Lambert miratoi emrat, por ndryshoi shkurtesat në ato që përdoren sot. [11] Aktualisht përdoren edhe shkurtesat sh, ch, th, cth, në varësi të preferencës personale.

Shënimi

Redakto

Përkufizimet

Redakto
 
sinh, cosh dhe tanh
 
csch, sech dhe coth

Ka mënyra të ndryshme ekuivalente për të përcaktuar funksionet hiperbolike.

Përkufizimet eksponenciale

Redakto
 
  është gjysma e ndryshesës  dhe  
 
  është mesatarja e   dhe  

Për sa i përket funksionit eksponencial : [1] [3]

  • Sinusi hiperbolik: pjesa teke e funksionit eksponencial, d.m.th.  
  • Kosinusi hiperbolik: pjesa çifte e funksionit eksponencial, d.m.th.  
  • Tangjenti hiperbolik:  
  • Kotangjenti hiperbolik: për x ≠ 0 ,  
  • Sekanti hiperbolik:  
  • Kosekanti hiperbolik: për x ≠ 0 ,  

Përkufizimet e ekuacioneve diferenciale

Redakto

Funksionet hiperbolike mund të përkufizohen si zgjidhje të ekuacioneve diferenciale : Sinusi dhe kosinusi hiperbolik janë zgjidhja   e sistemit. me kushtet fillestare   Kushtet fillestare e bëjnë zgjidhjen unike; pa to çdo çift funksionesh   do të ishte një zgjidhje.

  dhe   janë gjithashtu zgjidhja unike e ekuacionit  , e tillë që   për kosinusin hiperbolik dhe   për sinusin hiperbolik.

Përkufizimet komplekse trigonometrike

Redakto

Funksionet hiperbolike mund të nxirren gjithashtu nga funksionet trigonometrike me argumente komplekse :

  • Sinusi hiperbolik: [1]  
  • Kosinusi hiperbolik: [1]  
  • Tangjenti hiperbolik:  
  • Kotangjenti hiperbolik:  
  • Sekanti hiperbolik:  
  • Kosekanti hiperbolik:  

ku   është njësia imagjinare me   .

Vetitë karakterizuese

Redakto

Kosinusi hiperbolik

Redakto

Mund të tregohet se zona nën lakoren e kosinusit hiperbolik (mbi një interval të fundëm) është gjithmonë e barabartë me gjatësinë e harkut që i korrespondon atij intervali: [12] 

Tangjenti hiperbolik

Redakto

Tangjenti hiperbolik është zgjidhja (unike) e ekuacionit diferencial  , me   . [13] [14]

Marrëdhënie të dobishme

Redakto

Funksionet hiperbolike kënaqin shumë identitete, të gjitha të ngjashme në formë me identitetet trigonometrike . Në fakt, rregulli i Osbornit thotë se mund të konvertohet çdo identitet trigonometrik për  ,  ,   ose   dhe   në një identitet hiperbolik, duke e zgjeruar plotësisht në termat e fuqive integrale të sinuseve dhe kosinuseve, duke ndryshuar sinusin në sinh dhe kosinusin në cosh dhe duke ndryshuar shenjën e çdo termi që përmban një produkt prej dy funksionesh sinh.

Funksionet tek dhe çift: Prandaj: Kështu,   dhe   janë funksione çift ; të tjerët janë funksione tek . Sinusi dhe kosinusi hiperbolik kënaqin: e fundit prej të cilave është e ngjashme me identitetin trigonometrik të Pitagorës .

Shumat e argumenteve

Redakto

 veçanërisht Gjithashtu: 

Formulat e zbritjes

Redakto

 Gjithashtu: [15] 

Formulat e gjysëm këndit

Redakto

 ku   është funksioni i shenjës .

Nëse  , atëherë [16] 

Formulat e linearizimit

Redakto

 

Mosbarazimet

Redakto

Mosbarazimi i mëposhtëm është i dobishëm në statistikë:   [17]

Funksionet e anasjellta si logaritme

Redakto

 

Derivatet

Redakto

  

Derivatet e dyta

Redakto

Secili prej funksioneve   dhe   është i barabartë me derivatin e tij të dytë, që është:  

Integrale standarde

Redakto

 Integralet e mëposhtme mund të vërtetohen duke përdorur zëvendësimin hiperbolik : ku C është konstantja e integrimit .

Seritë e Tejlorit

Redakto

Është e mundur të shprehet në mënyrë eksplicite seria Taylor në zero (ose seria Laurent, nëse funksioni nuk është i përcaktuar në zero) e funksioneve të mësipërme. Kjo seri është konvergjente për çdo vlerë komplekse  . Meqenëse funksioni   është tek, vetëm eksponentët tek për   hasen në serinë e tij Tejlor. Kjo seri është konvergjente për çdo vlerë komplekse  . Meqenëse funksioni   është çift, vetëm eksponentët çift për   gjenden në serinë e tij Tejlor.

Seritë e mëposhtme pasohen nga një përshkrim i një nëngrupi të domenit të tyre të konvergjencës, ku seria është konvergjente dhe shuma e saj është e barabartë me funksionin. ku:

  •   është numri n i Bernulit
  •   është numri n i Euler-it

Prodhimet e pafundme dhe thyesat e vazhdueshme

Redakto

Zgjerimet e mëposhtme janë të vlefshme në të gjithë planin kompleks:

 
 
 

Krahasimi me funksionet rrethore

Redakto
 
Rrethi dhe tangjenta e hiperbolës në (1,1) shfaqin gjeometrinë e funksioneve rrethore në terma të sipërfaqes së sektorit rrethor   dhe funksioneve hiperbolike në varësi të zonës së sektorit hiperbolik   .

Funksionet hiperbolike paraqesin një zgjerim të trigonometrisë përtej funksioneve rrethore . Të dy llojet varen nga një argument, qoftë kënd rrethor ose kënd hiperbolik .

Meqenëse sipërfaqja e një sektori rrethor me rreze r dhe kënd u (në radianë) është  , do të jetë e barabartë me   kur   . Në diagram, një rreth i tillë është tangjent me hiperbolën   . Sektori i verdhë përshkruan një sipërfaqe dhe madhësi këndi. Në mënyrë të ngjashme, sektorët e verdhë dhe të kuq së bashku përshkruajnë një sipërfaqe dhe madhësinë e këndit hiperbolik .

Këmbët e dy trekëndëshave kënddrejtë me hipotenuzë në rrezen që përcakton këndet janë me gjatësi √ 2 herë më shumë se funksionet rrethore dhe hiperbolike.

Këndi hiperbolik është një masë e pandryshueshme në lidhje me hartëzimin e shtrydhjes, ashtu si këndi rrethor është i pandryshueshëm nën rrotullim. [18]

Grafiku i funksionit a cosh( x / a ) është katenarie, kurba e formuar nga një zinxhir fleksibël i njëtrajtshëm, i varur lirshëm midis dy pikave fikse nën gravitetin e njëtrajtshëm.

Funksionet hiperbolike për numrat kompleks

Redakto
Funksionet hiperbolike në rrafshin kompleks
 
 
 
 
 
 
           

Meqenëse funksioni eksponencial mund të përcaktohet për çdo argument kompleks, ne gjithashtu mund të zgjerojmë përkufizimet e funksioneve hiperbolike në argumente komplekse. Funksionet   dhe   janë holomorfikë .

Marrëdhëniet me funksionet e zakonshme trigonometrike jepen nga formula e Euler-it për numrat kompleks: kështu që: Kështu, funksionet hiperbolike janë periodike në lidhje me përbërësin imagjinar, me periodë   (   për tangjentin hiperbolik dhe kotangjentin).

Shiko gjithashtu

Redakto
  1. ^ a b c d Weisstein, Eric W. "Hyperbolic Functions". mathworld.wolfram.com (në anglisht). Marrë më 2020-08-29. Gabim referencash: Invalid <ref> tag; name ":1" defined multiple times with different content
  2. ^ Collins Concise Dictionary, p. 328
  3. ^ a b "Hyperbolic Functions". www.mathsisfun.com. Marrë më 2020-08-29. {{cite web}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!) Gabim referencash: Invalid <ref> tag; name ":2" defined multiple times with different content
  4. ^ Collins Concise Dictionary, p. 1520
  5. ^ Collins Concise Dictionary, p. 329
  6. ^ tanh
  7. ^ Woodhouse, N. M. J. (2003), Special Relativity, London: Springer, fq. 71, ISBN 978-1-85233-426-0 {{citation}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)
  8. ^ Abramowitz, Milton; Stegun, Irene A., red. (1972), Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, New York: Dover Publications, ISBN 978-0-486-61272-0 {{citation}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)
  9. ^ Some examples of using arcsinh found in Google Books.
  10. ^ Robert E. Bradley, Lawrence A. D'Antonio, Charles Edward Sandifer. Euler at 300: an appreciation. Mathematical Association of America, 2007. Page 100.
  11. ^ Georg F. Becker. Hyperbolic functions. Read Books, 1931. Page xlviii.
  12. ^ N.P., Bali (2005). Golden Integral Calculus. Firewall Media. fq. 472. ISBN 81-7008-169-6. {{cite book}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)
  13. ^ Willi-hans Steeb (2005). Nonlinear Workbook, The: Chaos, Fractals, Cellular Automata, Neural Networks, Genetic Algorithms, Gene Expression Programming, Support Vector Machine, Wavelets, Hidden Markov Models, Fuzzy Logic With C++, Java And Symbolicc++ Programs (bot. 3rd). World Scientific Publishing Company. fq. 281. ISBN 978-981-310-648-2. {{cite book}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!) Extract of page 281 (using lambda=1)
  14. ^ Keith B. Oldham; Jan Myland; Jerome Spanier (2010). An Atlas of Functions: with Equator, the Atlas Function Calculator (bot. 2nd, illustrated). Springer Science & Business Media. fq. 290. ISBN 978-0-387-48807-3. {{cite book}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!) Extract of page 290
  15. ^ Martin, George E. (1986). The foundations of geometry and the non-euclidean plane (bot. 1st corr.). New York: Springer-Verlag. fq. 416. ISBN 3-540-90694-0. {{cite book}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)
  16. ^ "Prove the identity tanh(x/2) = (cosh(x) - 1)/sinh(x)". StackExchange (mathematics). Marrë më 24 janar 2016. {{cite web}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)
  17. ^ Audibert, Jean-Yves (2009). "Fast learning rates in statistical inference through aggregation". The Annals of Statistics. fq. 1627. {{cite news}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)
  18. ^ Mellen W. Haskell, "On the introduction of the notion of hyperbolic functions", Bulletin of the American Mathematical Society 1:6:155–9, full text