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Ableitungen der Hyperbelfunktionen

Ableitung von cosh x: Formel, Beweis und Beispiele

Die Ableitung von cosh x ist sinh x, ohne Minuszeichen. Mit Beweis über Exponentialfunktionen, der Kettenlinie, Beispielen zur Kettenregel und einem Graphen.

Ableitungen der Hyperbelfunktionen Aktualisiert 2 Min. Lesezeit

Auf einen Blick

\frac{d}{dx}\,\cosh x = \sinh x
Ableitung
\sinh x
Definition
\cosh x = \dfrac{e^x + e^{-x}}{2}
Mit Kettenregel
\dfrac{d}{dx}\cosh u = \sinh u\cdot u'
Wichtige Identität
\cosh^2 x - \sinh^2 x = 1
Ableitung der Umkehrfunktion
\dfrac{d}{dx}\operatorname{arcosh} x = \dfrac{1}{\sqrt{x^2 - 1}} für x > 1
Auf dieser Seite
  1. Beweis über die Definition
  2. Graph von cosh x und seiner Ableitung
  3. Die Kettenlinie
  4. Mit der Kettenregel und Beispiele
  5. Ableitung von arcosh x
  6. Typische Fehler

Die Ableitung von \cosh x ist \sinh x. Achte auf das Vorzeichen: Anders als beim gewöhnlichen Kosinus gibt es kein Minus.

\frac{d}{dx}\,\cosh x = \sinh x

Beweis über die Definition

Der Kosinus hyperbolicus ist der Mittelwert von e^x und e^{-x}:

\cosh x = \frac{e^x + e^{-x}}{2}

Leite jeden Teil einzeln ab. Die Ableitung von eˣ ist e^x, und die Ableitung von e^(−x) ist -e^{-x}:

\frac{d}{dx}\,\frac{e^x + e^{-x}}{2} = \frac{e^x - e^{-x}}{2} = \sinh x

Graph von cosh x und seiner Ableitung

Graph von y = cosh x und seiner Ableitung y = sinh x
Der Kosinus hyperbolicus hat eine U-Form mit seinem Minimum bei (0, 1). Seine Steigung \sinh x ist links negativ, im Tiefpunkt null und rechts positiv.

Die Ableitung \sinh x ist für x < 0 negativ und für x > 0 positiv, also liegt bei x = 0 ein Minimum. Die zweite Ableitung ist \cosh x \ge 1 > 0, also ist die Kurve überall linksgekrümmt.

Die Kettenlinie

Eine Kette oder ein Seil, das unter seinem eigenen Gewicht durchhängt, nimmt die Form y = a\cosh\frac{x}{a} an, die sogenannte Kettenlinie. Ihre Steigung an jeder Stelle ist

\frac{dy}{dx} = a\sinh\frac{x}{a}\cdot\frac{1}{a} = \sinh\frac{x}{a}

Das Seil ist also an seinem tiefsten Punkt waagerecht und wird zu den Aufhängepunkten hin steiler. Auch die Formel für die Bogenlänge vereinfacht sich schön, denn 1 + \sinh^2 u = \cosh^2 u:

\sqrt{1 + \left(\frac{dy}{dx}\right)^2} = \sqrt{1 + \sinh^2\frac{x}{a}} = \cosh\frac{x}{a}

Mit der Kettenregel und Beispiele

\frac{d}{dx}\cosh u = \sinh u\cdot u'
Funktion Ableitung
\cosh(2x) 2\sinh(2x)
\cosh(x^2) 2x\sinh(x^2)
\cosh(\ln x) \frac{\sinh(\ln x)}{x} = \frac{1}{2}\left(1 - \frac{1}{x^2}\right)
\cosh^2 x 2\cosh x\sinh x = \sinh 2x
x\cosh x \cosh x + x\sinh x

In der dritten Zeile gilt \sinh(\ln x) = \frac{x - 1/x}{2}, und Teilen durch x ergibt \frac{1}{2}\left(1 - \frac{1}{x^2}\right).

Rechenbeispiel: die Identität prüfen. Leite \cosh^2 x - \sinh^2 x ab:

2\cosh x\sinh x - 2\sinh x\cosh x = 0

Eine Ableitung von null bedeutet, dass der Ausdruck konstant ist. Bei x = 0 ist er 1 - 0 = 1, und das beweist \cosh^2 x - \sinh^2 x = 1.

Ableitung von arcosh x

Für x > 1 hat der Areakosinus hyperbolicus die Ableitung

\frac{d}{dx}\operatorname{arcosh} x = \frac{1}{\sqrt{x^2 - 1}}

Setze \cosh y = x mit y > 0. Dann gilt \sinh y\,y' = 1 und \sinh y = \sqrt{\cosh^2 y - 1} = \sqrt{x^2 - 1}.

Typische Fehler

  1. -\sinh x schreiben. Das Muster der Kreisfunktionen zu übernehmen ist der häufigste Fehler.
  2. Glauben, \cosh x könne kleiner als 1 sein. Sein Minimum ist \cosh 0 = 1.
  3. Die innere Ableitung vergessen. \frac{d}{dx}\cosh(4x) = 4\sinh(4x).

Siehe auch die Ableitung von sinh x, die Ableitung von tanh x und die Seite zu den Hyperbelfunktionen mit Graphen und Identitäten.

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Häufig gestellte Fragen

Was ist die Ableitung von cosh x?

Die Ableitung von \cosh x ist \sinh x.

Ist die Ableitung von cosh x gleich −sinh x?

Nein. Das ist das Muster beim gewöhnlichen Kosinus, \frac{d}{dx}\cos x = -\sin x. Beim Kosinus hyperbolicus lautet das Ergebnis +\sinh x.

Was ist die Ableitung von cosh(2x)?

Mit der Kettenregel ist sie 2\sinh(2x).

Was ist die zweite Ableitung von cosh x?

Sie ist wieder \cosh x. Nach zweimaligem Ableiten bist du wieder am Anfang.

Geschrieben vom PracticeCalculus-Team

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