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2.9.3 有关双曲函数的重要公式 ​

双曲函数之间存在着与三角函数之间类似的关系, 利用双曲函数的定义可以直接证明接下来的公式成立. 另外,由 (2.199)∼(2.206) ,考虑到当自变量为复数时这些函数的定义和关系, 可以利用已知的三角函数公式计算它们.

2.9.3.1 单变量双曲函数 ​

(2.172)cosh2x−sinh2x=1,(2.173)coth2x−csch2x=1,(2.174)sech2x+tanh2x=1,(2.175)tanh⁡x⋅coth⁡x=1,(2.176)sinh⁡xcosh⁡x=tanh⁡x(2.177)cosh⁡xsinh⁡x=coth⁡x

2.9.3.2 某一双曲函数用具有相同自变量的另一个双曲函数的 表示 ​

相应公式见表 2.7.

表 2.7x>0 时,具有相同自变量的两双曲函数间的关系

sinh⁡x

cosh⁡x

tanh⁡x

coth⁡x

sinh⁡x

cosh2x−1

tanh⁡x1−tanh2x

1coth2x−1

cosh⁡x

sinh2x+1

11−tanh2x

coth⁡xcoth2x−1

tanh⁡x

sinh⁡xsinh2x+1

cosh2x−1cosh⁡x

1coth⁡x

coth⁡x

sinh2x+1sinh⁡x

cosh⁡xcosh2x−1

1tanh⁡x

2.9.3.3 负角公式 ​

(2.178)sinh⁡(−x)=−sinh⁡x,(2.179)tanh⁡(−x)=−tanh⁡x,(2.180)cosh⁡(−x)=cosh⁡x,(2.181)coth⁡(−x)=−coth⁡x.

2.9.3.4 两自变量和与差的双曲函数 (加法定理) ​

(2.182)sinh⁡(x±y)=sinh⁡xcosh⁡y±cosh⁡xsinh⁡y,(2.183)cosh⁡(x±y)=cosh⁡xcosh⁡y±sinh⁡xsinh⁡y,(2.184)tanh⁡(x±y)=tanh⁡x±tanh⁡y1±tanh⁡xtanh⁡y,(2.185)coth⁡(x±y)=1±coth⁡xcoth⁡ycoth⁡x±coth⁡y.

2.9.3.5 倍角的双曲函数 ​

(2.186)sinh⁡2x=2sinh⁡xcosh⁡x,(2.187)cosh⁡2x=sinh2x+cosh2x,(2.188)tanh⁡2x=2tanh⁡x1+tanh2x,(2.189)coth⁡2x=1+coth2x2coth⁡x.

2.9.3.6 双曲函数的棣莫弗公式 ​

(2.190)(cosh⁡x±sinh⁡x)n=(e±x)n=e±nx=cosh⁡nx±sinh⁡nx.

2.9.3.7 半角的双曲函数 ​

(2.191)sinh⁡x2=±12(cosh⁡x−1),(2.192)cosh⁡x2=12(cosh⁡x+1),

当 x>0 时,(2.191) 中平方根的符号为正; 当 x<0 时,符号为负.

(2.193)tanh⁡x2=cosh⁡x−1sinh⁡x=sinh⁡xcosh⁡x+1,(2.194)coth⁡x2=sinh⁡xcosh⁡x−1=cosh⁡x+1sinh⁡x.

2.9.3.8 双曲函数的和与差 ​

(2.195)sinh⁡x±sinh⁡y=2sinh⁡x±y2cosh⁡x∓y2,(2.196)cosh⁡x+cosh⁡y=2cosh⁡x+y2cosh⁡x−y2,(2.197)cosh⁡x−cosh⁡y=2sinh⁡x+y2sinh⁡x−y2,(2.198)tanh⁡x±tanh⁡y=sinh⁡(x±y)cosh⁡xcosh⁡y.

2.9.3.9 复角 z 的双曲函数与三角函数间的关系 ​

(2.199)sin⁡z=−isinh⁡iz,(2.200)cos⁡z=cosh⁡iz(2.201)tan⁡z=−itanh⁡iz,(2.202)cot⁡z=icoth⁡iz(2.203)sinh⁡z=−isin⁡iz,(2.204)cosh⁡z=cos⁡iz(2.205)tanh⁡z=−itan⁡iz,(2.206)coth⁡z=icot⁡iz.

通过把 sin⁡α 代换成 isinh⁡x ,把 cos⁡α 代换成 cosh⁡x ,利用相应的三角函数关系,可以得到关于 x 或 ax 但不能得到 ax+b 的双曲函数间的关系.

◼A: cos2α+sin2α=1,cosh2x+i2sinh2x=1 或 cosh2x−sinh2x=1 .

◼B: sin⁡2α=2sin⁡αcos⁡α,isinh⁡2x=2isinh⁡xcosh⁡x 或

sinh⁡2x=2sinh⁡xcosh⁡x.

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