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Hyperbelfunktion



Sie befinden Sie in: Formelsammlung Lexikon > h > Hyperbelfunktion
Hyperbelfunktion

Zu den Hyperbelfunktionen gehören:

  • Sinus Hyperbolicus
  • Cosinus Hyperbolicus
  • Tangens Hyperbolicus
  • Cotangens Hyperbolicus
  • Secans Hyperbolicus
  • Cosecans Hyperbolicus

Sie sind für alle komplexe Zahlen definiert und auf dem gesamten Gebiet der komplexen Zahlen holomorph.

Inhaltsverzeichnis
1 Definition über die Exponentialfunktion:
2 Definition über Reihenentwicklung:
3 Wertebereich der reellen Hyperbelfunktionen:
4 Wertebereich der komplexen Hyperbelfunktionen:

4.1 sinh
4.2 cosh

5 Eigenschaften der komplexen Hyperbelfunktionen:

5.1 Symmetrie und Periodizität
5.2 Additionstheoreme
5.3 Zusammenhänge

6 Alternative Namen:
7 Abgeleitete Funktionen:

 

Definition über die Exponentialfunktion:

{\rm sinh}(z) := \frac{e^z - e^{-z}}{2}

{\rm cosh}(z) := \frac{e^z + e^{-z}}{2}

 

Definition über Reihenentwicklung:

sinh(z)  := \frac{z^1}{1!}+ \frac{z^3}{3!}+\frac{z^5}{5!} + \frac{z^7}{7!} + \ldots
cosh(z)  := \frac{z^0}{0!}+ \frac{z^2}{2!}+\frac{z^4}{4!} + \frac{z^6}{6!} + \ldots
  • Der Ausdruck n! steht für die Fakultät von n
    n! := 1 \cdot 2 \cdot \ldots \cdot n
  • Das Reihenglied \frac{z^1}{1!} ist identisch mit der Zahl z.
  • Das Reihenglied \frac{z^0}{0!} ist identisch mit der Zahl 1.

 

Wertebereich der reellen Hyperbelfunktionen:

Graph der reelen Hyperbelfunktionen

Für alle reelle Zahlen r sind auch sinh ( r ) und cosh ( r ) reell.
Die reelle Funktion sinh ist monoton steigend und besitzt in 0 ihren einzigen Wendepunkt.
Die reelle Funktion cosh ist für Werte < 0 streng monoton fallend,
für Werte > 0 streng monoton steigend.

 

Wertebereich der komplexen Hyperbelfunktionen:

 

sinh

Es seien folgende Teilmengen der komplexen Zahlen definiert:
A := { z | - ?/2 < Imaginärteil von z < + ?/2 }
B := { z | Realteil von z ungleich 0 oder Imaginärteil von z = ±1 }
Dann bildet die komplexe Funktion sinh den "Streifen" A bijektiv auf B ab.

 

cosh

Es seien folgende Teilmengen der komplexen Zahlen definiert:
A := { z | 0 < Imaginärteil von z < + ? }
B := { z | Imaginärteil von z ungleich 0 oder Realteil von z = ±1 }
Dann bildet die komplexe Funktion cosh den "Streifen" A bijektiv auf B ab.

 

Eigenschaften der komplexen Hyperbelfunktionen:

 

Symmetrie und Periodizität

Für alle komplexen Zahlen z gilt:

  • sinh(z) = - sinh( - z), d.h. sinh ist eine ungerade Funktion.
  • cosh(z) = cosh( - z), d.h. cosh ist eine gerade Funktion.
  • sinh(z) = sinh(z + 2?i)
  • cosh(z) = cosh(z + 2?i)

d.h. beide Funktionen sind periodisch mit der Minimalperiode (2?i)

 

Additionstheoreme

Für alle komplexen Zahlen z1 und z2 gilt:

  • sinh ( z1 + z2 ) = sinh ( z1 ) * cosh ( z2 ) + sinh ( z2 ) * cosh ( z1 )
  • sinh ( z1 - z2 ) = sinh ( z1 ) * cosh ( z2 ) - sinh ( z2 ) * cosh ( z1 )
  • cosh ( z1 + z2 ) = cosh ( z1 ) * cosh ( z2 ) + sinh ( z1 ) * sinh ( z2 )
  • cosh ( z1 - z2 ) = cosh ( z1 ) * cosh ( z2 ) - sinh ( z1 ) * sinh ( z2 )

 

Zusammenhänge

cosh ( z ) 2 - sinh ( z ) 2 = 1

 

Alternative Namen:

  • Für die Hyperbelfunktionen ist auch der Name hyperbolische Funktionen gebräuchlich.
  • Für sinh sind auch die Namen hsin, Hyperbelsinus und Sinus hyperbolicus gebräuchlich.
  • Für cosh sind auch die Namen hcos, Hyperbelcosinus und Cosinus hyperbolicus gebräuchlich.

 

Abgeleitete Funktionen:

  • Tangens Hyperbolicus {\rm tanh}(x) := \frac{{\rm sinh}(x)}{{\rm cosh}(x)}
  • Cotangens Hyperbolicus {\rm coth}(x) := \frac{1}{{\rm tanh}(x)} = \frac{{\rm cosh}(x)}{{\rm sinh}(x)}
  • Secans Hyperbolicus {\rm sech}(x) := \frac{1}{{\rm cosh}(x)}
  • Cosecans Hyperbolicus {\rm csch}(x) := \frac{1}{{\rm sinh}(x)}

Die Umkehrfunktionen der Hyperbelfunktionen heißen Areafunktionen.

Siehe auch: Zusammenhang mit den Kreisfunktionen


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