Mathématiques · Glossaire

Qu'est-ce que « cosh⁡, sinh⁡, tanh⁡ » ?

Aussi appelé : fonctions hyperboliques

Définition 4.17 Mathématiques universitaires — Licence 1 · Chapitre 4 — Fonctions usuelles

Pour xRx \in \R :

coshx=ex+ex2,sinhx=exex2,tanhx=sinhxcoshx\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}

(cosinus, sinus, tangente hyperboliques). cosh\cosh est paire, sinh\sinh et tanh\tanh sont impaires.

À gauche :  et , asymptotiquement collées à x/2 (en pointillés). À droite : , croissante de -1 à 1.
À gauche : cosh\cosh et sinh\sinh, asymptotiquement collées à ex2\frac{\eu^x}{2} (en pointillés). À droite : tanh\tanh, croissante de 1-1 à 11.

Exemples

Exemple 4.20 (La formule d’addition pour tanh\tanh)

En divisant les deux formules d’addition de la Proposition 4.18 (3) par coshxcoshy\cosh x\cosh y :

tanh(x+y)=sinhxcoshy+coshxsinhycoshxcoshy+sinhxsinhy=tanhx+tanhy1+tanhxtanhy,\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} ,

sœur hyperbolique de la formule d’addition de la tangente — avec un ++ là où la trigonométrie a un -. Un dividende : comme tanh<1\abs{\tanh} < 1, le membre de droite est une règle d’« addition des vitesses » qui ne quitte jamais (1,1)\intoo{-1}1 : si u,v(1,1)u, v \in \intoo{-1}1, alors u+v1+uv(1,1)\frac{u + v}{1 + uv} \in \intoo{-1}1 également (écrire u=tanhau = \tanh a, v=tanhbv = \tanh b, ce qui est possible par bijectivité, et lire la formule à l’envers). Le vérifier algébriquement, sans les fonctions hyperboliques, est un exercice un peu pénible ; le paramétrage par tanh\tanh le réduit à une ligne — la stratégie même que les fonctions circulaires offrent pour le cercle unité.

Exemple 4.22 (Les expressions explicites à l’œuvre)

La solution de cosht=2\cosh t = 2 avec t0t \geq 0 est, d’après l’expression explicite, t=arcosh2=ln(2+3)1.317t = \operatorname{arcosh} 2 = \ln(2 + \sqrt3) \approx 1.317 ; l’autre solution est t-t, par parité — et en effet ln(23)=ln12+3=ln(2+3)\ln(2 - \sqrt3) = \ln\frac1{2 + \sqrt3} = -\ln(2 + \sqrt3) : les deux racines u=etu = \eu^t du trinôme u24u+1=0u^2 - 4u + 1 = 0 sont inverses l’une de l’autre, comme l’exige leur produit égal à 11 (relations de Viète). Ce minuscule calcul exhibe le schéma général : les équations hyperboliques se ramènent à des équations du second degré en et\eu^t, et la symétrie ttt \mapsto -t apparaît comme la symétrie u1/uu \mapsto 1/u du trinôme — à retenir pour résoudre l’Exercice 4.7.

Lire dans le chapitre →