大學微積分題講-反雙曲函數的微分

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對於反雙曲函數的微分推導,方法並不僅僅侷限於一種方法,我們既可以先定義反雙曲函數的形式再進行微分。亦可以由反函數的微分方式來做微分。

我們以反雙曲正弦函數為例子,首先嘗試定義其表示的形式,這裡會使用到反函數的概念。

我們設定 y = arcsinh(x)x = sinh(y)

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如此,我們就定義了arcsinh(x)的自然對數表達式。

現在,我們可以很輕鬆地進行微分的動作,所以arcsinh(x)的導數結果如下所示:

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微分括號內的式子:

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帶回原式:

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分子通分:

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整個式子變為:

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所以最終結果就是:

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好,過程可能有點繁瑣,但其實一步一步慢慢做下來,也並不會太艱澀難懂。

這邊再示範arctanh(x)的自然對數形式定義與微分過程:

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最後,提供讀者arcsech(x)的自然對數形式定義,微分的推導就請讀者自行練習吧。

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另外,剩餘的反雙曲函數的對數形式皆透過類似的方法求得,這邊就不繼續寫下去了,讀者也不必去背。


接下來,我想以反雙曲餘弦函數為例子,示範直接利用反函數的定義推導其導數,以下示範:

首先,先觀察雙曲餘弦函數的大致示意圖形:

raw-image

利用水平線測試法,發現不是一對一,我們透過限制其定義域(Domain),讓其變為一對一函數,由於這些受限函數現在是一對一的,因此它們具有反函數:

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現在函數 cosh⁡(x)的值域(Range)是:

raw-image

所以它的反函數 arccosh⁡(x)定義域(Domain)是 x≥1

好,現在設定:

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使用反函數的微分定理,過程如下:

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所以最後:

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注意,在結果中,為了讓導中分母的根號存在,我們進一步要求 x>1。


最後的最後,下面提供反雙曲函數微分的公式整理表:

raw-image

以上就是反雙曲函數的微分講解,希望對讀者有幫助。


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