双曲函数的反函数的推导过程

asif2023-05-02  18

双曲余弦函数在实数范围内不是单调函数,没有反函数。对于双曲正弦,y=(exp(x)-exp(-x))/2,令x,y互换,得到x=(exp(y)-exp(-y))/2,设t=exp(y),则有x=(t-1/t)/2,即t^2-2xt-1,由于t>0,故t=x+(x^2+1)^05,y=ln(t)=ln(x+(x^2+1)^05)。在复数范围内sinh(z)=(exp(z)-exp(-z))/2,cosh(z)=(exp(z)+exp(-z)),asinh(z)=ln(z+(z^2+1)^05),acosh(z)=ln(z+(z^2-1)^05),推导方法为:w=asinh(z),则z=sinh(w)=(exp(w)-exp(-w))/2,和实数范围内的相似,但注意此时它们是多值函数,性质很复杂,大学中有专门的课程《复变函数》,会详细的讲解的。

双曲余弦函数的定义是这样的。

具体这个定义是怎么来的,可能和双曲线有关系,这里我就不商讨了。而且双曲余弦函数y=coshx也可简写为y=chx。y=chx和y=coshx都是一样的。

双曲余弦函数的定义域是 ,值域是 ,当x=0时,x取到最小值1。

由于

根据加法交换律可得知f(x)=f(-x),很明显,双曲余弦函数是偶函数。

双曲余弦函数y=cosh x,在区间 内它是单调减少的,在区间 内它是单调增加的。cosh 0=1是该函数的最小值。

根据双曲余弦函数的导数,可知由于分母是永远大于0的,而分子中 也是永远大于0。只有 在x=0时是等于0。在x<0时。 <0。在x>0时。 得出当x<0时,双曲余弦函数的导数永远小于0。当x>0时,双曲余弦函数的导数永远大于0。那么它在 内单调递减的,在 内单调递增。在x=0时,最小值为1。无最大值。

由于(coshx)'= ,那么双曲余弦函数的二阶导数为那么(coshx)''=( )'=( )'= =coshx,可见双曲余弦函数的二阶导数是它本身。而双曲余弦函数的值域是 。那么双曲余弦函数的二阶导数在实数集R上恒大于0。

而根据函数凹凸性的判定方法(定理):

设f(x)在[a,b]上连续,在(a,b)内具有一阶导数和二阶导数,那么:

(1)若在(a,b)内,f''(x)>0,则f(x)在[a,b]上的图形是凹的。

(2)若在(a,b)内,f''(x)<0,则f(x)在[a,b]上的图形是凸的。

根据上面的函数凹凸性判断定理。得出那么无论是在那个单调区间,双曲余弦函数都是凹函数。

无论是双曲余弦函数y=cosh x,还是双曲正弦函数y=sinh x、双曲正切函数y=tanh x,它们都不是周期函数。

双曲余弦函数的导数是双曲正弦函数。即(coshx)'=sinhx,也可以转化为(coshx)'=sinhx= =

其中,C为常数。可见,双曲余弦函数的不定积分,除去常数C,也是双曲正弦函数。

双曲余弦函数的泰勒展开式为:

双曲余弦函数的反函数是反双曲余弦函数。它记作arcoshx。其中,x满足条件: 。反双曲余弦函数的图像原本有x轴上方的一支和x轴下方的一支。即且这两支关于x轴对称。但是,这样子会造成一个自变量x对应两个函数值,不符合函数的定义。为了符合函数的定义,一般取x轴上方的那一支。因而得到了反双曲余弦函数的定义式。 ,其中 。双曲余弦的反函数,即反双曲余弦函数y=arcoshx的定义域为[1,+∞)。它在[1,+∞)上是单调递增的。

双曲余弦函数的图像是一条有点像抛物线(二次)但不是抛物线的曲线。因这条曲线与两端固定的绳子(或铁链)在均匀引力作用下下垂相似。这条曲线称作悬链线。悬链线就是双曲余弦函数的图像。悬链线的数学表达式为 。其中,a为常数。当a=1时,所得的函数(图像)正好是双曲余弦函数(图像)。

双曲余弦函数出现于某些重要的线性微分方程的解中,譬如说定义悬链线和拉普拉斯方程。其中,拉普拉斯方程可能用到双曲余弦函数外,还有双曲正弦函数、双曲正切函数等。

双曲函数这样读

如下:(普通话拼音读法)

双(shuāng)曲(qǔ)函(hán)数(shù)

拼音,是拼读音节的过程,就是按照普通话音节的构成规律

把声母、介母、韵母急速连续拼合并加上声调而成为一个音节。

y=sinh x,定义域:R,值域:R,奇函数,函数图像为过原点并且穿越Ⅰ、Ⅲ象限的严格单调递增曲线,函数图像关于原点对称。

y=cosh x,定义域:R,值域:[1,+∞),偶函数,函数图像是悬链线,最低点是(0,1),在Ⅰ象限部分是严格单调递增曲线,函数图像关于y轴对称。

y=tanh x,定义域:R,值域:(-1,1),奇函数,函数图像为过原点并且穿越Ⅰ、Ⅲ象限的严格单调递增曲线,其图像被限制在两水平渐近线y=1和y=-1之间。

y=coth x,定义域:{x|x≠0},值域:{x||x|>1},奇函数,函数图像分为两支,分别在Ⅰ、Ⅲ象限,函数在(-∞,0)和(0,+∞)分别单调递减,垂直渐近线为y轴,两水平渐近线为y=1和y=-1。

y=sech x,定义域:R,值域:(0,1],偶函数,最高点是(0,1),函数在(0,+∞)严格单调递减,(-∞,0)严格单调递增。x轴是其渐近线。

y=csch x,定义域:{x|x≠0},值域:{x|x≠0},奇函数,函数图像分为两支,分别在Ⅰ、Ⅲ象限,函数在(-∞,0)和(0,+∞)分别单调递减,垂直渐近线为y轴,两水平渐近线为x轴。

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