Funciones hiperbólicas

Modelos matemáticos. Johann Heinrich Lambert. Función hiperbólica. Área de una región limitada por una hipérbola. Ecuaciones. Identidades. Derivadas. Integración

  • Enviado por: Boiler
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La primera persona que publico un estudio inteligible sobre las funciones Hiperbólicas fue Johann Heinrich Lambert (1728-1777), un matemático suizo-germano y colega de Euler.

'Funciones hiperbólicas'

El nombre de función hiperbólica, surgió de comparar el área de una región semicircular, con el área de una región limitada por una hipérbola. En ciertas ocasiones las combinaciones de ex, e-x aparecen frecuentemente.

En las ecuaciones hiperbólicas , se acostumbra escribir el modelo matemático que le corresponde utilizando las funciones hiperbólicas definidas como sigue:

La función f: [R![R, definida por:

  • f(x) = senh x = , x " R, se denomina función seno hiperbólico.

  • f(x) = cosh x = , x " R, se denomina función coseno hiperbólico.

  • f(x) = tgh x = , x " R, se llama función tangente hiperbólico.

  • f(x) = cotgh x = , x " 0, se llama función cotangente hiperbólico.

  • f(x) = sech x = , x " R, se llama función secante hiperbólico.

  • f(x) = cosch x = , x " 0, se llama función cosecante hiperbólico.

  • Con la ayuda de las derivadas y los límites para hallar los extremos, concavidades y asíntotas, se pueden graficar estas funciones fácilmente. Su gráficos se muestran en las siguientes figuras.

    'Funciones hiperbólicas'

    'Funciones hiperbólicas'

    'Funciones hiperbólicas'

    'Funciones hiperbólicas'

    'Funciones hiperbólicas'

    'Funciones hiperbólicas'

    Considerando las definiciones de cada una de las funciones hiperbólicas, se puede mencionar algunas propiedades tales como:

  • senh(x) = 0 ! x = 0, cosh(x) = 1 ! x

  • son funciones impares, [f(-x) = - f(x)] y por tanto sus gráficas son simétricas respecto al origen, las funciones:

  • f(x) = senh x ; f(x) = tgh x; f(x) = cotgh x; f(x) = cosch x

  • Son funciones pares, [f(-x) = f(x)] y por tanto sus gráficas son simétricas respecto al eje y, las funciones:

  • f(x) = cosh x; f(x) = sech x

  • De las definiciones se seno hiperbólico y coseno hiperbólico los valores de estas funciones están relacionados a las coordenadas de los puntos de una hipérbola equilátera, de manera similar a la que los valores de las correspondientes funciones trigonométricas están relacionadas a las coordenadas de los puntos de una circunferencia.

  • 'Funciones hiperbólicas'

    'Funciones hiperbólicas'

    Identidades hiperbólicas

    Las funciones hiperbólicas, verifican ciertas identidades, similares a las que satisfacen las funciones trigonométricas. Por ejemplo.

    Cosh² x - senh²x =

    Esta y otras identidades, son las que a continuación se presenta, dejando al lector la verificación de las mismas.

  • cosh²x - senh²x = 1

  • sech²x + tgh²x = 1

  • cotgh²x - cosch²x = 1

  • senh (x ± y) = senh x cosh y ± cosh x senh y

  • cosh (x ± y) = cosh x cosh y ± senh x senh y

  • tgh (x ± y) =

  • senh (2x) = 2 senh x cosh x

  • cosh (2x) = cosh²h + senh²x

  • senh a + senh b = 2 senh

  • cosh a + cosh b = 2 cosh

  • 2senh² = cosh x - 1

  • 2cosh² = cosh x + 1

  • (senh x + cosh x)n = senh (nx) + cosh (nx) , (Fórmula de Moivre)

  • Derivadas de las funciones hiperbólicas

    Las fórmulas de derivación para las funciones hiperbólciicas se deducen fácilmente aplicando las reglas de derivación de la función exponencial ex.

    Así por ejemplo

    Las derivadas de las funciones hiperbólicas lo resumimos en la siguiente proposición, dejando al lector la verificación correspondiente.

    Proposición 1.- Las funciones hiperbólicas son derivables en sus correspondientes dominios y se tiene:

  • Si f(x) = senh x, entonces, f'(x) = cosh x

  • Si f(x) = cosh x, entonces, f'(x) = senh x

  • Si f (x) = tgh x, entonces, f'(x) sech²x

  • Si f(x) = cotgh x, entonces, f' (x) = - cosch²x

  • Si f(x) = sech x, entonces, f'(x) = - sech x tgh x

  • Si f(x) = cosh x, entonces, f'(x) = - cosch x cotgh x

  • En virtud de esta proposición y de la regla de la cadena, si u = u(x) es función diferenciable (respecto a la variable x) se obtiene el siguiente corolario:

    Corolario 1.- Si u = u(x) es diferenciable, entonces:

  • Dx (senh u) = cosh u. Dx(u)

  • Dx (cosh u) = senh u. Dx(u)

  • Dx (tgh u) = sech² u. Dx(u)

  • Dx (cotgh u) = - cosch² u. Dx(u)

  • Dx (sech u) = sech u. Tgh u. Dx(u)

  • Dx (cosch u) = - cosch u. cotgh u. Dx(u)

  • Corolario 2.- (LIMITES HIPERBÓLICOS)

    i)

    ii)

    iii)

    iv)

    v)

    vi)

    Integración de funciones hiperbólicas

    La integración de las funciones hiperbólicas es completamente análoga a la integración de las funciones trigonométricas.

    Deben recordarse las siguientes fórmulas principales:

    ;

    EJEMPLO 1. Hallar:

    SOLUCIÓN. Tenemos:

    EJEMPLO 2. Hallar:

    SOLUCIÓN. Tenemos:

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