Mathematik Abitur
Areafunktionen (inverse Hyperbelfunktionen)
Umkehrfunktionen des Hyperbelsinus und HyperbelkosinusUmkehrfunktionen des Hyperbeltangens und Hyperbelkotangens

Da die hyperbolischen Funktionen über ihrem Definitionsbereich bzw. über einem Teilbereich von diesem monoton sind, existieren ihre Umkehrfunktionen. Diese werden als Areafunktionen bezeichnet:

Funktion
Umkehrfunktion

(Sprechweise:
area sinus hyperbolicus x
)


Für die Areafunktionen lassen sich explizite Darstellungen unter Verwendung des natürlichen Logarithmus angeben. Im Folgenden wird eine solche Darstellung am Beispiel der Umkehrung der Funktion entwickelt.
Es gilt genau dann, wenn ist, d.h.:

Diese Gleichung lässt sich als quadratische Gleichung in auffassen, deren Lösungen sind. Da nicht negativ wird, kann nur die Lösung gewählt werden. Somit ist:

Entsprechend erhält man für die anderen Areafunktionen die folgenden Darstellungen:

Die Bilder der Areafunktionen ergeben sich aus denen der hyperbolischen Funktionen durch Spiegelung an der Geraden (s. Bilder 1 und 2).

In der folgenden Tabelle sind einige Eigenschaften der Areafunktionen zusammengestellt (die sich aus den entsprechenden Eigenschaften des natürlichen Logarithmus ableiten).


Die Bezeichnung Areafunktion resultiert aus der geometrischen Deutung als Flächeninhalt des Sektors einer gleichseitigen Hyperbel (d.h. einer Hyperbel mit der Gleichung ):


In obigem Bild gilt . Das lässt sich wie folgt zeigen:


Die Berechnung von (mittels Substitution und anschließender partieller Integration) ergibt .
Daraus folgt:


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