Ableitung von tanh x: Formel, Beweis und Beispiele
Die Ableitung von tanh x ist sech² x, also 1 − tanh² x. Mit Beweis über die Quotientenregel, Beispielen zur Kettenregel, Graph und der Ableitung von artanh.
Ableitungen der Hyperbelfunktionen Aktualisiert 2 Min. Lesezeit
Auf einen Blick
- Ableitung
- \operatorname{sech}^2 x = \dfrac{1}{\cosh^2 x}
- Gleichwertige Form
- 1 - \tanh^2 x
- Definition
- \tanh x = \dfrac{\sinh x}{\cosh x}
- Wertebereich von tanh x
- (-1, 1)
- Ableitung der Umkehrfunktion
- \dfrac{d}{dx}\operatorname{artanh} x = \dfrac{1}{1 - x^2} für \lvert x\rvert < 1
Auf dieser Seite
Die Ableitung von \tanh x ist \operatorname{sech}^2 x, was du auch als 1 - \tanh^2 x schreiben kannst.
Dabei ist \operatorname{sech} x = \frac{1}{\cosh x}, also \operatorname{sech}^2 x = \frac{1}{\cosh^2 x}.
Beweis mit der Quotientenregel
Schreibe \tanh x = \frac{\sinh x}{\cosh x} und nutze die Quotientenregel. Die Ableitung von sinh x ist \cosh x, die Ableitung von cosh x ist \sinh x:
Die hyperbolische Identität \cosh^2 x - \sinh^2 x = 1 vereinfacht den Zähler:
Teilst du den Bruch stattdessen auf, erhältst du die andere Form: \frac{\cosh^2 x}{\cosh^2 x} - \frac{\sinh^2 x}{\cosh^2 x} = 1 - \tanh^2 x.
Graph von tanh x und seiner Ableitung
Die Ableitung ist immer positiv, also steigt \tanh x immer. Die Werte \pm 1 erreicht die Funktion aber nie, das sind waagerechte Asymptoten. Vergleiche mit der Ableitung von arctan x, einer weiteren S-Kurve mit Steigung 1 im Ursprung, wobei sich arctan seinen Asymptoten viel langsamer nähert.
tan und tanh im Vergleich
| Funktion | Ableitung | Ausgedrückt durch sich selbst |
|---|---|---|
| \tan x | \sec^2 x | 1 + \tan^2 x |
| \tanh x | \operatorname{sech}^2 x | 1 - \tanh^2 x |
Der Vorzeichenwechsel kommt von den Identitäten: \sec^2 x = 1 + \tan^2 x, aber \operatorname{sech}^2 x = 1 - \tanh^2 x.
Mit der Kettenregel und Beispiele
Beispiel 1. \frac{d}{dx}\tanh(2x) = 2\operatorname{sech}^2(2x).
Beispiel 2. \frac{d}{dx}\tanh(x^2) = 2x\operatorname{sech}^2(x^2).
Beispiel 3: ein Logarithmus. \frac{d}{dx}\ln(\cosh x) = \frac{\sinh x}{\cosh x} = \tanh x. Also gilt \int\tanh x\,dx = \ln(\cosh x) + C.
Beispiel 4: ein Wert. Bei x = 1 ist \tanh 1 \approx 0.7616, die Steigung ist also 1 - 0.7616^2 \approx 0.420.
Wo 1 − tanh² x auftaucht
Im maschinellen Lernen ist \tanh eine verbreitete Aktivierungsfunktion. Beim Training wird ihre Ableitung sehr oft gebraucht, und mit 1 - \tanh^2 x kann ein Programm den bereits berechneten Wert von \tanh x wiederverwenden, statt \cosh x auszuwerten.
Ableitung von artanh x
Für \lvert x\rvert < 1 setze \tanh y = x. Dann gilt (1 - \tanh^2 y)\,y' = 1, also
Typische Fehler
- \sec^2 x schreiben. Das ist die Ableitung des gewöhnlichen Tangens.
- 1 + \tanh^2 x schreiben. Die hyperbolische Version hat ein Minuszeichen.
- Die innere Ableitung vergessen. \frac{d}{dx}\tanh(3x) = 3\operatorname{sech}^2(3x).
Die Seite zu den Hyperbelfunktionen behandelt auch \operatorname{sech}, \operatorname{csch} und \coth.
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