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Matemáticas · 术语表

什么是 cosh⁡, sinh⁡, tanh⁡?

又称: funciones hiperbólicas

Definición 4.17 Matemáticas universitarias — Grado 1 · 第 4 章 — Funciones usuales

Para x∈Rx \in \R:

cosh⁡x=ex+e−x2,sinh⁡x=ex−e−x2,tanh⁡x=sinh⁡xcosh⁡x\cosh x = \frac{\eu^x + \eu^{-x}}{2}, \qquad \sinh x = \frac{\eu^x - \eu^{-x}}{2}, \qquad \tanh x = \frac{\sinh x}{\cosh x}

(coseno, seno y tangente hiperbólicos). cosh⁡\cosh es par; sinh⁡\sinh y tanh⁡\tanh son impares.

A la izquierda:  y , asintóticamente pegados a x/2 (a trazos). A la derecha: , creciente de -1 a 1.
A la izquierda: cosh⁡\cosh y sinh⁡\sinh, asintóticamente pegados a ex2\frac{\eu^x}{2} (a trazos). A la derecha: tanh⁡\tanh, creciente de −1-1 a 11.

示例

Ejemplo 4.20 (La fórmula de adición de tanh⁡\tanh)

Dividiendo por cosh⁡xcosh⁡y\cosh x\cosh y las dos fórmulas de adición de la Proposición 4.18 (3):

tanh⁡(x+y)=sinh⁡xcosh⁡y+cosh⁡xsinh⁡ycosh⁡xcosh⁡y+sinh⁡xsinh⁡y=tanh⁡x+tanh⁡y1+tanh⁡x tanh⁡y,\tanh(x + y) = \frac{\sinh x\cosh y + \cosh x\sinh y} {\cosh x\cosh y + \sinh x\sinh y} = \frac{\tanh x + \tanh y}{1 + \tanh x\,\tanh y} ,

la hermana hiperbólica de la fórmula de adición de la tangente — con un ++ donde la trigonometría tiene un −-. Un dividendo: como ∣tanh⁡∣<1\abs{\tanh} < 1, el miembro derecho es una regla de «suma de velocidades» que nunca sale de (−1, 1)\intoo{-1}1: si u,v∈(−1, 1)u, v \in \intoo{-1}1, entonces u+v1+uv∈(−1, 1)\frac{u + v}{1 + uv} \in \intoo{-1}1 también (escríbanse u=tanh⁡au = \tanh a, v=tanh⁡bv = \tanh b, posible por biyectividad, y léase la fórmula al revés). Comprobarlo por álgebra, sin funciones hiperbólicas, es un ejercicio algo penoso; parametrizar con tanh⁡\tanh lo convierte en una línea — la misma estrategia que las funciones circulares brindan para la circunferencia unidad.

Ejemplo 4.22 (Las formas cerradas en acción)

La solución de cosh⁡t=2\cosh t = 2 con t≥0t \geq 0 es, por la forma cerrada, t=arcosh⁡2=ln⁡(2+3)≈1.317t = \operatorname{arcosh} 2 = \ln(2 + \sqrt3) \approx 1.317; la otra solución es −t-t, por paridad — y, en efecto, ln⁡(2−3)=ln⁡12+3=−ln⁡(2+3)\ln(2 - \sqrt3) = \ln\frac1{2 + \sqrt3} = -\ln(2 + \sqrt3): las dos raíces u=etu = \eu^t de la cuadrática u2−4u+1=0u^2 - 4u + 1 = 0 son inversas la una de la otra, como exige su producto 11 (Vieta). Este cálculo mínimo muestra el patrón general: las ecuaciones hiperbólicas se convierten en cuadráticas en et\eu^t, y la simetría t↦−tt \mapsto -t aparece como la simetría u↦1/uu \mapsto 1/u de la cuadrática — conviene recordarlo al resolver el Ejercicio 4.7.

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