在数学中,双曲函数是一类与常见的三角函数(也叫圆函数)类似的函数。最基本的双曲函数是双曲正弦函数 sinh 和双曲余弦函数 cosh,从它们可以导出双曲正切函数 tanh 等,其推导也类似于三角函数的推导。双曲函数的反函数称为反双曲函数。
双曲函数的定义域是实数,其自变量的值叫做双曲角。双曲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。
基本定义
函数
是关于y轴对称的偶函数。函数
是奇函数。
如同当
遍历实数集时,点(
)的轨迹是一个圆 一样,当t遍历实数集
时,点(
)的轨迹是单位双曲线的右半边。这是因为有以下的恒等式:
参数t不是圆角而是双曲角,它表示在x轴和连接原点和双曲线上的点(的直线之间的面积的两倍。
历史 在18世纪,约翰·海因里希·兰伯特引入双曲函数,并计算了双曲几何中双曲三角形的面积。自然对数函数是在直角双曲线下定义的,可构造双曲线直角三角形,底边在线 y=x上,一个顶点是原点,另一个顶点在双曲线。这里以自然对数即双曲角作为参数的函数,是自然对数的逆函数指数函数,即要形成指定双曲角u,在渐近线即x或y轴上需要有的x或y的值1。显见这里的底边是
,垂线是
通过旋转和缩小线性变换,得到单位双曲线下的情况,有:
单位双曲线中双曲线扇形的面积是对应直角双曲线{\displaystyle xy=1}下双曲角的 1/2。
虚数圆角定义双曲角经常定义得如同虚数圆角。实际上,如果x是实数而i= −1,则
所以双曲函数cosh和sinh可以通过圆函数来定义。这些恒等式不是从圆或旋转得来的,它们应当以无穷级数的方式来理解。特别是,可以将指数函数表达为由偶次项和奇次项组成,前者形成cosh函数,后者形成了sinh函数。cos函数的无穷级数可从cosh得出,通过把它变为交错级数,而sin函数可来自将sinh变为交错级数。上面的恒等式使用虚数i,从三角函数的级数的项中去掉交错因子(−1),来恢复为指数函数的那两部分级数。
双曲函数可以通过虚数圆角定义为:
这些复数形式的定义得出自欧拉公式。
本词条内容贡献者为:
徐恒山 - 博士 - 西北农林科技大学