Funksionet hiperbolike

Në 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 Laplasit në koordinata 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]
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.

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.
Në 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 | Redakto nëpërmjet kodit]Përkufizimet
[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Ka mënyra të ndryshme ekuivalente për të përcaktuar funksionet hiperbolike.
Përkufizimet eksponenciale
[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

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 | Redakto nëpërmjet kodit]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 | Redakto nëpërmjet kodit]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 | Redakto nëpërmjet kodit]Kosinusi hiperbolik
[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]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 | Redakto nëpërmjet kodit]Tangjenti hiperbolik është zgjidhja (unike) e ekuacionit diferencial , me .[13][14]
Marrëdhënie të dobishme
[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]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 | Redakto nëpërmjet kodit]veçanërishtGjithashtu:
Formulat e zbritjes
[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]Gjithashtu:[15]
Formulat e gjysëm këndit
[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]ku është funksioni i shenjës .
Nëse , atëherë[16]
Formulat e linearizimit
[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]
Mosbarazimet
[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]Mosbarazimi i mëposhtëm është i dobishëm në statistikë: [17]
Funksionet e anasjellta si logaritme
[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]
Derivatet
[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]
Derivatet e dyta
[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]Secili prej funksioneve dhe është i barabartë me derivatin e tij të dytë, që është:
Integrale standarde
[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]Integralet e mëposhtme mund të vërtetohen duke përdorur zëvendësimin hiperbolik :ku C është konstantja e integrimit .
Seritë e Tejlorit
[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]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 të . Meqenëse funksioni është tek, vetëm eksponentët tek për hasen në serinë e tij Tejlor.Kjo seri është konvergjente për çdo vlerë komplekse të . 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 | Redakto nëpërmjet kodit]Zgjerimet e mëposhtme janë të vlefshme në të gjithë planin kompleks:
Krahasimi me funksionet rrethore
[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]
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 në . 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 | Redakto nëpërmjet kodit]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 | Redakto nëpërmjet kodit]- e (konstante matematikore)
- Teorema e rretheve të barabarta, bazuar në sinh
- Rritja hiperbolike
- Funksionet hiperbolike të anasjellta
- Lista e integraleve të funksioneve hiperbolike
- Spiralet e Poinsot
- Funksioni sigmoid
- Tangjenti hiperbolik i Sobolevës
- Funksionet trigonometrike
- 1 2 3 4 Weisstein, Eric W. "Hyperbolic Functions". mathworld.wolfram.com (në anglisht). Marrë më 2020-08-29.
- ↑ Collins Concise Dictionary, p. 328
- 1 2 "Hyperbolic Functions". www.mathsisfun.com. Marrë më 2020-08-29.
{{cite web}}: Mungon ose është bosh parametri|language=(Ndihmë!) - ↑ Collins Concise Dictionary, p. 1520
- ↑ Collins Concise Dictionary, p. 329
- ↑ "tanh" (PDF). Arkivuar nga origjinali (PDF) më 31 tetor 2017. Marrë më 22 shtator 2023.
{{cite web}}: Mungon ose është bosh parametri|language=(Ndihmë!) - ↑ 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!) - ↑ 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!) - ↑ Some examples of using arcsinh found in Google Books.
- ↑ Robert E. Bradley, Lawrence A. D'Antonio, Charles Edward Sandifer. Euler at 300: an appreciation. Mathematical Association of America, 2007. Page 100.
- ↑ Georg F. Becker. Hyperbolic functions. Read Books, 1931. Page xlviii.
- ↑ 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!) - ↑ 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) - ↑ 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 - ↑ 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!) - ↑ "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!) - ↑ 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!) - ↑ Mellen W. Haskell, "On the introduction of the notion of hyperbolic functions", Bulletin of the American Mathematical Society 1:6:155–9, full text





