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Prof. Alejandro Hernndez Espino. Universidad Tecnolgica de
Panam
FUNCIONES TRIGONOMETRICA INVERSAS, FUNCIONES HIPERBLICAS Y
FUNCIONES HIPERBLICAS INVERSAS
INTRODUCCION Una funcin es una regla de correspondencia que
asigna a cada valor en su dominio un
nico valor en su contradominio (recorrido o imagen) . Esta regla
no impide tener el mismo
nmero de asociado a dos valores distintos de , es decir, ( ) (
)
son funciones, pero:
( ) ( ) ( ) , es decir la imagen corresponde tanto al
elemento
;
( ) ( ) , es decir, la imagen corresponde nicamente al
elemento
y no ocurre para ningn otro elemento.
A las funciones como ( ) se les llama funciones inyectivas (uno
a uno o biunvoca)
DEFINICION: Una Funcin es Inyectiva o Uno a Uno o Biunvoca si
todo elemento de su
contradominio corresponde a exactamente un elemento de su
dominio .
PRUEBA DE LA RECTA HORIZONTAL: La interpretacin geomtrica de la
definicin de
Funcin Inyectiva significa que una recta horizontal puede cortar
la grfica de una Funcin
Inyectiva a lo sumo en un punto (es decir, nada mas la puede
cortar en un punto); si la recta
horizontal corta la grafica de la funcin en mas de un punto
entonces la funcin no es
Inyectiva.
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TEOREMA: Si ( ) es montona en un intervalo, entonces ( ) es Uno
a Uno en el intervalo.
DEFINICION: Si ( ) es una funcin uno a uno considerada como el
conjunto de pares
ordenados ( ) entonces existe una funcin ( ) llamada inversa de
( ) que es el
conjunto de pares ordenados ( ) definida por:
( ) ( )
El dominio de es el contradominio de y el contradominio de es el
dominio de .
TEOREMA:
a) Una funcin es una funcin tiene una funcin inversa si solo si
es Inyectiva
b) Si es estrictamente montona en todo su dominio, entonces sta
es Inyectiva y por lo tanto
tiene inversa
TEOREMA: Si es una funcin uno a uno y tiene a como su inversa,
entonces es
una funcin uno a uno y tiene a como su inversa. Adems:
( ( ))
( ( ))
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I. FUNCIONES TRIGONOMETRICAS INVERSAS
Las Funciones Trigonomtricas, tal como las hemos definido
(peridicas) no son Inyectivas o Uno
a Uno y por lo tanto no tienen Inversas. Por lo tanto
necesitamos redefinir su dominio al cual
llamaremos dominio restringido de manera que sean Inyectivas y
poder definir sus inversas.
1.1 DEFINICION, GRFICAS Y DERIVADAS
Funcin Seno Inverso:
Definicin:
Dominio: 1 1
Codominio:
Derivada:
2
Funcin Coseno Inverso:
Definicin:
Dominio: 1 1
Codominio: 0
Derivada:
2
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Funcin Tangente Inversa:
Definicin:
Dominio: ( +)
Codominio:
Derivada:
2+
Funcin Cotangente Inversa:
Definicin:
Dominio: ( +)
Codominio: (0 )
Derivada:
2
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Funcin Secante Inversa:
Definicin:
Dominio: ( 1 1 +)
Codominio:
Derivada:
2
Funcin Cosecante Inversa:
Definicin:
Dominio: ( 1 1 +)
Codominio:
0 0
Derivada:
2
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Problemas de Prctica LARSON, Ron y EDWARDS, Bruce (2010). Clculo
Vol I. Editorial Mc-Graw Hill. 9 Edicin.
Mxico. Pgina 379, Ejercicio 5.6, del 1 68.
LEITHOLD, Louis (1998). El Clculo. Editorial Oxford. 7 Edicin.
Mxico. Pgina 482,
Ejercicio 5.7, del 1 42.
1.2 INTEGRALES QUE PRODUCEN FUNCIONES TRIGONOMTRICAS
INVERSAS
Las derivadas de las seis (6) funciones Trigonomtricas Inversas
se agrupan en tres (3) pares. En cada par, la derivada de una es la
negativa de la otra. Cuando hacemos una lista de las antiderivadas
que corresponden a cada una de las funciones Trigonomtricas
Inversas, es suficiente citar una de cada par:
+
+
1
+
1
+
Problemas de Prctica LARSON, R y EDWARDS, B (2010). Clculo Vol
I. Editorial Mc-Graw Hill. 9 Edicin.
Mxico. Pgina 387, Ejercicio 5.7, del 1 54.
LEITHOLD, L (1998). El Clculo. Editorial Oxford. 7 Edicin.
Mxico. Pgina 488, Ejercicio
5.8, del 1 28.
II. FUNCIONES HIPERBLICAS.
Ciertas combinaciones de los exponenciales aparecen con
frecuencia en algunas
aplicaciones de matemticas, especialmente de Ingeniera y Fsica.
Estas combinaciones se les
denominan: Funciones Hiperblicas. En muchos aspectos estas
funciones son anlogas a las
funciones trigonomtricas.
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A las funciones trigonomtricas se les denomina funciones
circulares ya que estn relacionadas
con el crculo unitario y las funciones hiperblicas reciben su
nombre porque se relacionan con
una Hiprbola Equiltera Unitaria. Este nombre proviene de la
comparacin entre el rea de una
regin:
Si es cualquier nmero real, el punto ( ), queda en el crculo
unitario + 1,
sustentado en la identidad pitagrica + 1. De hecho podemos
interpretar que
es la medida en radianes del ngulo de la figura. Por este motivo
a las funciones
trigonomtricas en ocasiones se les denomina funciones
circulares.
De igual manera, si es cualquier nmero real, el punto ( ),
permanece en la
rama derecha de la hiprbola unitaria 1, pues, la identidad 1,
con el
1. En esta ocasin no representa la medida de un ngulo, sin
embargo, denota el
doble del rea sombreada del sector hiperblico, exactamente como
el caso trigonomtrico
representa el doble del rea sombreada del sector circular.
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2.1. DEFINICION, GRFICAS Y DERIVADAS
Funcin Seno Hiperblico:
Definicin:
Dominio: ( +)
Codominio: ( +)
Derivada:
Funcin Coseno Hiperblico:
Definicin: +
Dominio: ( +)
Codominio: 1 +)
Derivada:
Funcin Tangente Hiperblica:
Definicin:
+
Dominio: ( +)
Codominio: ( 1 1)Derivada:
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Funcin Secante Hiperblica:
Definicin:
+
Dominio: ( +)
Codominio: (0 1
Derivada:
Funcin Cosecante Hiperblica:
Definicin:
Dominio: ( 0) (0 +)
Codominio: ( 0) (0 +)
Derivada:
Funcin Cotangente Hiperblica:
Definicin:
+
Dominio: ( 0) (0 +)
Codominio: ( 1) (1 +)
Derivada:
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2.2. IDENTIDADES HIPERBLICAS Las identidades que son satisfechas
por las funciones hiperblicas son semejantes a las de las funciones
trigonomtricas. 1 + 1 1
1
1
1
1
1 +
1 +
+ ( + ) + ( ) ( + ) + ( ) Problemas de Prctica LARSON, R. y
EDWARDS, B (2010). Clculo. Editorial Mc-Graw Hill. 9 Edicin.
Mxico.
Pgina 398, Ejercicio 5.8, del 1 30.
LEITHOLD, L (1998). El Clculo. Editorial Oxford. 7 Edicin.
Mxico. Pgina 501, Ejercicio
5.9, del 1 16.
2.3. INTEGRALES DE LAS FUNCIONES HIPERBLICAS
+ +
+ +
+ +
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Problemas de Prctica LARSON, R. y EDWARDS, B (2010). Clculo.
Editorial Mc-Graw Hill. 9 Edicin. Mxico.
Pgina 398, Ejercicio 5.8, del 45-64.
LEITHOLD, L (1998). El Clculo. Editorial Oxford. 7 Edicin.
Mxico. Pgina 501, Ejercicio
5.9, del 19 24; 27-32.
III. FUNCIONES HIPERBLICAS INVERSAS.
A diferencia de las funciones trigonomtricas, las funciones
hiperblicas no son peridicas y
podemos ver que cuatro (4) de las seis (6) funciones hiperblicas
son inyectivas: seno hiperblico,
tangente hiperblica, cosecante hiperblica y cotangente
hiperblica lo cual indica que tienen
inversas. El coseno hiperblico y la tangente hiperblica no son
inyectivas y por tanto hay que
restringir su dominio para definir sus funciones inversas.
Debido al hecho de que las funciones hiperblicas se definen en
trminos de funciones exponenciales
no es de extraar que las funciones hiperblicas inversas se
expresan en trminos de la funcin
logaritmo natural.
3.1. DEFINICION, GRFICAS Y DERIVADAS
Funcin Seno Hiperblico Inverso:
Definicin: ( + + 1 )
Dominio: ( +)
Codominio: ( +)
Derivada:
2+
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Funcin Coseno Hiperblico Inverso:
Definicin: ( + 1 )
1
Dominio: 1 +)
Codominio: 0 +)
Derivada:
2 > 1
Funcin Tangente Hiperblica Inversa:
Definicin:
+
< 1
Dominio:( 1 1)
Codominio:( +)
Derivada:
2 < 1
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Funcin Secante Hiperblica Inversa:
Definicin: + 2
Dominio: (0 1
Codominio: 0 +)
Derivada:
2 0 < < 1
Funcin Cosecante Hiperblica Inversa:
Definicin:
+
2
Dominio: ( 0) (0 +)
Codominio: ( 0) (0 +)
Derivada:
+2 0
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Problemas de Prctica LARSON, R. y EDWARDS, B (2010). Clculo.
Editorial Mc-Graw Hill. 9 Edicin. Mxico.
Pgina 398, Ejercicio 5.8, del 65-70.
LEITHOLD, L (1998). El Clculo. Editorial Oxford. 7 Edicin.
Mxico. Pgina 501, Ejercicio
5.9, del 40 48.
3.2. INTEGRALES QUE PRODUCEN FUNCIONES HIPERBLICAS INVERSAS
+ ( + + ) +
+
( + ) +
+
1
+
+
1
+
1
+
+
1
+
Funcin Cotangente Hiperblica Inversa:
Definicin:
+
> 1
Dominio:( 1) (1 +)
Codominio:( 0) (0 +)
Derivada:
2 > 1
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+
1
(
+ +
) +
1
+
1
(
+
) +
1
+
Problemas de Prctica LARSON, R. y EDWARDS, B (2010). Clculo.
Editorial Mc-Graw Hill. 9 Edicin. Mxico.
Pgina 398, Ejercicio 5.8, del 87-70.
LEITHOLD, L (1998). El Clculo. Editorial Oxford. 7 Edicin.
Mxico. Pgina 501, Ejercicio
5.9, del 49 60.