Areatangens hyperbolicus und Areakotangens hyperbolicus

Winkelfunktion
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Areatangens hyperbolicus und Areakotangens hyperbolicus sind die Umkehrfunktionen von Tangens hyperbolicus und Kotangens hyperbolicus und damit Area-Funktionen.

Schreibweisen:

Letztere wird seltener benutzt, um die Verwechslung mit dem Kehrwert des hyperbolischen (Ko-)Tangens zu vermeiden. Es gilt:

Oft werden genau bei der Umkehrfunktion auch Spitzklammern um die Minus Eins geschrieben, um diese Verwechselung zu verhindern.

Definitionen

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Infinitesimalanalytische Definition

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Areatangens hyperbolicus:

 

Areakotangens hyperbolicus:

 

Geometrische Definitionen

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Geometrisch lässt sich der Areatangens hyperbolicus durch die Fläche in der Ebene darstellen, welche die Verbindungsstrecke zwischen dem Koordinatenursprung   und der Hyperbel   überstreicht: Es seien   und   Start- und Endpunkt auf der Hyperbel, dann wird von der Verbindungsstrecke die Fläche   überstrichen.

Eigenschaften

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Graph der Funktion artanh(x)
 
Graph der Funktion arcoth(x)
  Areatangens hyperbolicus Areakotangens hyperbolicus
Definitionsbereich    
 
Wertebereich    
Periodizität keine keine
Monotonie streng monoton steigend keine
Symmetrien ungerade Funktion:   ungerade Funktion:  
Asymptoten  
 
 
Nullstellen   keine
Sprungstellen keine keine
Polstellen    
Extrema keine keine
Wendepunkte   keine

Reihenentwicklungen

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Taylor- und Laurent-Reihen der beiden Funktionen sind

 

Ableitungen

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Integrale

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Reguläre Areafunktionen artanh und arcoth

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Die Stammfunktionen von Areatangens Hyperbolicus und Areakotangens Hyperbolicus lauten:

 
 

Kardinalische Areafunktionen

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Weder der kardinalische Areatangens hyperbolicus noch sein Kehrwert sind mit elementaren Stammfunktionen integrierbar.

Aber die Integrale von Null bis Eins des kardinalischen Areatangens hyperbolicus sowie vom Kehrwert dieser Funktion sind beide elementar darstellbar.

Die Ursprungsstammfunktion des Areatangens hyperbolicus cardinalis ist die Legendresche Chifunktion zum Index Zwei:

 
 
 

Mit dem Kürzel   wird der Arkussinus dargestellt.

Beispielwerte

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Beispielsweise gelten diese Werte:

 
 

Wenn der Kehrwert des Areatangens Hyperbolicus Cardinalis von Null bis Eins integriert wird, dann entsteht das Siebenfache der Apéry-Konstante dividiert durch das Quadrat der Kreiszahl:

 

Wenn der Kehrwert des Areatangens Hyperbolicus Cardinalis durch die Pythagoräische Gegenstückfunktion geteilt wird, dann entsteht das Vierfache der Catalan-Konstante dividiert durch die Kreiszahl:

 

Wenn der Kehrwert vom Quadrat des Areatangens Hyperbolicus Cardinalis von Null bis Eins integriert wird, dann entsteht folgender Wert:

 

Additionstheoreme

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Umrechnung und Beziehungen zu anderen trigonometrischen Funktionen

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Siehe auch

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