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古德曼函式


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古德曼函式是一個奇函式,用 gamma(x)gd(x) 表示,它出現在墨卡託投影的反方程中。phi(y)=gd(y) 表示緯度 phi 用垂直位置 y 在此投影中表示,因此古德曼函式定義為

gd(x)=int_0^x(dt)/(cosht)
(1)
=2tan^(-1)[tanh(1/2x)].
(2)

對於實數 x,此定義也等於

gd(x)=tan^(-1)(sinhx)
(3)
=2tan^(-1)(e^x)-1/2pi.
(4)

古德曼函式在 Wolfram 語言 中實現為古德曼函式[z].

古德曼函式的導數為

 d/(dz)gd(z)=sechz,
(5)

不定積分

 intgd(z)dz=-1/2pix+i[Li_2(-ie^x)-Li_2(ie^x)],
(6)

其中 Li_2(z)雙對數函式

它具有麥克勞林級數

 gd(x)=x-1/6x^3+1/(24)x^5-(61)/(5040)x^7+(277)/(72576)x^9-...
(7)

(OEIS A091912A136606)。

古德曼函式透過以下方式連線了三角函式雙曲函式

sin(gdx)=tanhx
(8)
cos(gdx)=sechx
(9)
tan(gdx)=sinhx
(10)
cot(gdx)=cschx
(11)
sec(gdx)=coshx
(12)
csc(gdx)=cothx.
(13)

古德曼函式透過以下方式與指數函式相關

e^x=sec(gdx)+tan(gdx)
(14)
=tan(1/4pi+1/2gdx)
(15)
=(1+sin(gdx))/(cos(gdx))
(16)

(Beyer 1987, p. 164; Zwillinger 1995, p. 485)。

其他基本恆等式為

 tanh(1/2x)=tan(1/2gdx)
(17)
 gd(ix)=igd^(-1)x.
(18)

(Zwillinger 1995, p. 485)。

如果 gd(x+iy)=alpha+ibeta,那麼

tanalpha=(sinhx)/(cosy)
(19)
tanhbeta=(siny)/(coshx)
(20)
tanhx=(sinalpha)/(coshbeta)
(21)
tany=(sinhbeta)/(cosalpha)
(22)

(Beyer 1987, p. 164; Zwillinger 1995, p. 530),其中最後一個恆等式已被更正。

另一個恆等式由下式給出

 tanhxtany=tanalphatanhbeta
(23)

(M. Somos, 私人通訊,2006 年 4 月 15 日)。

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古德曼函式也可以擴充套件到複平面,如上圖所示。


另請參閱

指數函式, 雙曲函式, 雙曲正割, 反古德曼函式, 墨卡託投影, 正割, 曳物線, 三角函式

使用 探索

參考文獻

Beyer, W. H. "古德曼函式." CRC 標準數學表格,第 28 版。 Boca Raton, FL: CRC Press, p. 164, 1987.Robertson, J. S. "古德曼和單擺." 大學數學雜誌 28, 271-276, 1997.Sloane, N. J. A. 序列 A091912A136606 在 "整數序列線上百科全書" 中。Zwillinger, D. (Ed.). "古德曼函式." §6.9 在 CRC 標準數學表格和公式,第 31 版。 Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 530-532, 1995.

在 上被引用

古德曼函式

請引用為

Weisstein, Eric W. "古德曼函式." 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/Gudermannian.html

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