y=cschx 双曲線余割関数 y=cschx のグラフ
双曲線余割関数 y=cschx は、双曲線正弦の逆数として定義されます1。
cschx=sinhx1=ex−e−x2 三角関数の余割 cscx に対応する双曲線関数です。双曲線正割 sechx=coshx1 と対をなしますが、coshx が決して 0 にならないのに対し sinhx は原点で 0 になるため、性質はまったく違ってきます。
定義域と値域
- 定義域は x=0
- 値域は y=0
- 各枝で単調に減少する
- 奇関数
sech が全実数で定義され値域が (0,1] に収まる有界な関数だったのとは対照的に、こちらは定義域が二つに割れ、値も限りなく大きくなります。
対称性と符号
sinh が奇関数なので、その逆数であるこの関数も奇関数で、グラフは原点に関して点対称です。x>0 では y>0、x<0 では y<0 となり、曲線は第 1 象限と第 3 象限に現れます。
増減
導関数は dxdcschx=−cschxcothx です。x>0 では cschx も cothx も正なので導関数は負、x<0 では両方とも負なので積が正になり全体では負です。したがってどちらの枝でも単調に減少し、極値はありません。
凹凸と漸近線
二階導関数は sinh3xcosh2x+1 で、分子はつねに正ですから符号は sinh3x、すなわち x の符号と一致します。x>0 では下に凸、x<0 では上に凸で、変曲点はありません。
| 近づき方 | cschx |
|---|
| x→0+ | →+∞ |
| x→0− | →−∞ |
| x→±∞ | →0 |
y 軸が垂直漸近線、x 軸が水平漸近線です。
二つの顔
原点の近くでは sinhx≈x なので反比例とほとんど区別がつかず、遠方では指数的に 0 へ落ちます。
| 範囲 | 近似 |
|---|
| 原点付近 | cschx≈x1 |
| x が大きい | cschx≈2e−x |
実際 csch(0.001)≈999.9998 で、x1=1000 とほぼ同じです。原点付近は反比例、遠方は指数減衰という二つの顔をもつ関数です。
| x | cschx |
|---|
| 0.5 | ≈1.9190 |
| 1 | ≈0.8509 |
| 2 | ≈0.2757 |
| 3 | ≈0.0998 |
恒等式と積分
三角関数の csc2θ−cot2θ=1 に対応して、次が成り立ちます。
coth2x−csch2x=1 また cothx−cschx=tanh2x という半角の関係もあります。不定積分は三角関数の場合とそのまま対応しています。
∫cschxdx=lntanh2x+C - Hyperbolic functions、Wikipedia