I. Определение, основные свойства и графики гиперболических функций

В начало

определения ~ гипербола ~ производные ~ вторые производные ~ графики

1. Гиперболическими синусом, косинусом, тангенсом и котангенсом называются функции :

; ; .
Областью определения функций shx , chx , thx является вся числовая ось; функция y=cthx не определена в точке х=0. Название гиперболических функций (синус, косинус, …) объясняется тем, что для них справедливы тождества ''похожие'' на тригонометрические:

ch(x± y)=chx · chy ± shx · shy , (1)

sh(x± y)=shx · chy± chx · shy , (2)

ch2x–sh2x=1 , (3)

ch2x=ch2x+sh2x , (4)

sh2x=2shx · chx . (5)

Тождества (2) и (5) аналогичны соответствующим формулам тригонометрии, а формулы (1) , (3) и (4) отличаются от тригонометрических только знаком. Доказываются тождества (1) – (5) непосредственной проверкой. Более подробно о тождествах для гиперболических функций изложено в разделе III.

2. Рассмотрим уравнение гиперболы:

Его можно записать в параметрическом виде, используя гиперболические функции (этим и объясняется их название).

Обозначим y= b·sht , тогда х2 / а2=1+sh2t =ch2t . Откуда x=± a·cht .

Таким образом мы приходим к следующим параметрическим уравнениям гиперболы :

x= ± a ·cht ,

у= в ·sht , – < t < . (6)

Рис. 1.

Знак ''+'' в верхней формуле (6) соответствует правой ветви гиперболы, а знак ''– '' - левой (см. рис. 1). Вершинам гиперболы А(– а ; 0) и В( а ; 0) соответствует значение параметра t=0.

Для сравнения можно привести параметрические уравнения эллипса, использующие тригонометрические функции :

x=а·cost ,

y=в·sint , 0 t 2p . (7)

3. Очевидно, что функция y=chx является четной и принимает только положительные значения. Функция y=shx – нечетная, т.к. :

.

Функции y=thx и y=cthx являются нечетными как частные четной и нечетной функции. Отметим, что в отличие от тригонометрических, гиперболические функции не являются периодическими.

4. Исследуем поведение функции y= cthx в окрестности точки разрыва х=0:

Таким образом ось Оу является вертикальной асимптотой графика функции y=cthx . Определим наклонные (горизонтальные) асимптоты :

Следовательно, прямая у=1 является правой горизонтальной асимптотой графика функции y=cthx . В силу нечетности данной функции ее левой горизонтальной асимптотой является прямая у= –1. Нетрудно показать, что эти прямые одновременно являются асимптотами и для функции y=thx. Функции shx и chx асимптот не имеют.

5. Найдем производные основных гиперболических функций:

2) (chx)'=shx (показывается аналогично).

4)

Здесь так же прослеживается определенная аналогия с тригонометрическими функциями. Полная таблица производных всех гиперболических функций приведена в разделе IV.

6. Нетрудно вычислить вторые производные основных гиперболических функций:

1)

2)

3)

4)

7. Используя результаты п. 1-6, строим графики основных гиперболических функций:

Наверх

В начало