双曲正切函数_百度百科

双曲正切函数

数学领域术语
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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)。
中文名
双曲正切函数
外文名
hyperbolic tangent function, tanh
缩    写
th
定    义
双曲正弦函数(sinh)与双曲余弦函数(cosh)的比值
应用学科
数学
性    质
双曲函数的一种

定义

播报
编辑
双曲正切函数(tanh)是双曲正弦函数(sinh)与双曲余弦函数(cosh)的比值,其解析形式为 [1]
考虑不等关系:
可知,双曲正切函数的定义域为实数域
双曲正切函数

运算

播报
编辑
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]
式中
为常数。
泰勒展开
双曲正切函数的泰勒展开式为 [3]
式中
为伯努力数(Bernoulli number)。
反函数
反双曲正切函数的图像
双曲正切函数的反函数是反双曲正切函数,其定义为 [2]
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:

性质

播报
编辑

有界性

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]
即双曲正切函数的值域是(-1,1)。
证明:
时,由于
,则
时,由于
,则

奇偶性

双曲正切函数是奇函数,它的图形通过原点且关于原点对称 [3]
下面是证明:首先明确双曲正切函数的定义域是
得出
,则证明出双曲正切函数为奇函数。

周期性

双曲正切函数的图像 [3]
无论是双曲正切函数y=tanhx,还是双曲正弦函数y=sinhx、双曲余弦函数y=coshx,它们都不是周期函数。 [4]

单调性

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。
得出双曲正切函数的导数为:
。而无论x取何值,双曲余弦函数的值始终大于等于1,得出x在
内大于0,单调递增。

凹凸性

双曲正切函数的图像
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。
则给双曲余弦函数二次求导,得
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。