双曲正切函数(hyperbolic tangent function)是双曲函数的一种。双曲正切函数在数学语言上一般写作tanh,也可简写成th。与三角函数一样,双曲函数也分为双曲正弦、双曲余弦、双曲正切、双曲余切、双曲正割、双曲余割6种,双曲正切函数便是其中之一。
与正切函数类似,双曲正切函数在计算上等于双曲正弦与双曲余弦的比值,即tanh(x)=sinh(x)/cosh(x)。
导数
双曲正切的导数是双曲余弦的平方的倒数,即:
积分
双曲正切函数的不定积分有如下形式 [2]:
泰勒展开
双曲正切函数的泰勒展开式为 [3]:
反函数
函数的定义域为开区间(-1,1),它在开区间(-1,1)内是单调增加的奇函数,图形关于原点对称。
与其他双曲函数的关系
除了双曲正切函数的定义式外,双曲正切函数还有以下式子。
1、和角公式:
2、差角公式: (和角公式的推导)
3、二倍角公式: (和角公式的推导)
4、恒等式:
双曲正切函数的图形夹在水平直线y=1及y=-1之间,且当x的绝对值很大时,它的图形在第一象限内接近于直线y=1,而在第三象限内接近于直线y=-1。 [3]
证明:
当 时,由于 ,则 。
当 时,由于 ,则 。
下面是证明:首先明确双曲正切函数的定义域是 。
而
得出 ,则证明出双曲正切函数为奇函数。
双曲正切函数在区间 内是单调增加的。 [3]
证明如下:
对双曲正切函数求导。
而
双曲正切函数在 上是凹函数,在 上是凸函数 [4]。
根据定理:设f(x)在[a,b]上连续,在(a,b)内具有一阶和二阶导数,那么
(1)若在(a,b)内 ,则f(x)在[a,b]上的图形是凹的。
(2)若在(a,b)内 ,则f(x)在[a,b]上的图形是凸的。
而双曲余弦函数恒大于0,而双曲正弦函数在x<0时,它的值小于0,x>0时,它的值大于0,即得出上述结论。