Dérivée de sinh x : formule, démonstration et exemples
La dérivée de sinh x (sh x) est cosh x. Démonstration à partir des exponentielles, pourquoi il n'y a pas de signe moins, exemples composés et courbe.
Dérivées hyperboliques Mis à jour Lecture : 3 min
En bref
- Dérivée
- \cosh x
- Définition
- \sinh x = \dfrac{e^x - e^{-x}}{2}
- Forme composée
- \dfrac{d}{dx}\sinh u = \cosh u\cdot u'
- Dérivée seconde
- \sinh x
- Dérivée de la réciproque
- \dfrac{d}{dx}\operatorname{arsinh} x = \dfrac{1}{\sqrt{x^2 + 1}}
Sur cette page
La dérivée de \sinh x est \cosh x. Le sinus hyperbolique (noté aussi sh) se comporte souvent comme le sinus ordinaire, mais sa dérivée ne réserve aucune surprise de signe.
Démonstration à partir de la définition
Le sinus et le cosinus hyperboliques sont définis à l'aide d'exponentielles :
On dérive \sinh x terme à terme. La dérivée de eˣ est e^x, et la dérivée de e^(−x) est -e^{-x} :
Les deux signes moins se compensent, c'est pourquoi la réponse est +\cosh x.
Courbe de sinh x et de sa dérivée
Comme \cosh x \ge 1 pour tout x, la courbe de \sinh x monte toujours, et sa pente minimale vaut 1 à l'origine. Sa tangente en 0 est y = x.
Dérivées hyperboliques et circulaires
| Circulaire | Dérivée | Hyperbolique | Dérivée |
|---|---|---|---|
| \sin x | \cos x | \sinh x | \cosh x |
| \cos x | -\sin x | \cosh x | \sinh x |
| \tan x | \sec^2 x | \tanh x | \operatorname{sech}^2 x |
Le sinus ordinaire forme un cycle de période quatre : \sin \to \cos \to -\sin \to -\cos \to \sin. Le sinus hyperbolique forme un cycle de période deux : \sinh \to \cosh \to \sinh. Ainsi y = \sinh x est solution de y'' = y, alors que y = \sin x est solution de y'' = -y.
Version composée et exemples
Exemple 1. \frac{d}{dx}\sinh(3x) = 3\cosh(3x).
Exemple 2. \frac{d}{dx}\sinh(x^2) = 2x\cosh(x^2).
Exemple 3 : règle du produit. \frac{d}{dx}\,x\sinh x = \sinh x + x\cosh x.
Exemple 4 : une puissance. \frac{d}{dx}\sinh^2 x = 2\sinh x\cosh x = \sinh(2x), avec l'identité \sinh 2x = 2\sinh x\cosh x.
Exemple 5 : un logarithme. \frac{d}{dx}\ln(\sinh x) = \frac{\cosh x}{\sinh x} = \coth x pour x > 0.
Dérivée de la réciproque, arsinh x
La réciproque du sinus hyperbolique (argument sinus hyperbolique) s'écrit avec un logarithme : \operatorname{arsinh} x = \ln\!\left(x + \sqrt{x^2 + 1}\right). Sa dérivée est
On la démontre comme la dérivée de arcsin x : on pose \sinh y = x, on dérive pour obtenir \cosh y\,y' = 1, et on utilise \cosh y = \sqrt{1 + \sinh^2 y} = \sqrt{1 + x^2}. C'est ce résultat qui donne \int\frac{dx}{\sqrt{x^2 + 1}} = \operatorname{arsinh} x + C.
Erreurs fréquentes
- Ajouter un signe moins. \frac{d}{dx}\sinh x = \cosh x, et non -\cosh x. Seul le cosinus circulaire prend un moins.
- Confondre \sinh x et \sin x. Elles suivent un schéma semblable mais ce sont des fonctions différentes, aux courbes différentes.
- Oublier la dérivation en chaîne. \frac{d}{dx}\sinh(5x) = 5\cosh(5x).
Pour les résultats associés, voir la dérivée de cosh x et la dérivée de tanh x. La page des fonctions hyperboliques présente leurs courbes et leurs identités.
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