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Derivadas hiperbólicas

Derivada de cosh x: fórmula, demostración y ejemplos

La derivada de cosh x es senh x, sin signo menos. Demostración a partir de exponenciales, el ejemplo del cable colgante, la regla de la cadena y una gráfica.

Derivadas hiperbólicas Actualizado 2 min de lectura

De un vistazo

\frac{d}{dx}\,\cosh x = \sinh x
Derivada
\sinh x
Definición
\cosh x = \dfrac{e^x + e^{-x}}{2}
Con la regla de la cadena
\dfrac{d}{dx}\cosh u = \sinh u\cdot u'
Identidad clave
\cosh^2 x - \sinh^2 x = 1
Derivada de la inversa
\dfrac{d}{dx}\operatorname{arcosh} x = \dfrac{1}{\sqrt{x^2 - 1}} para x > 1
En esta página
  1. Demostración a partir de la definición
  2. Gráfica de cosh x y de su derivada
  3. El cable colgante
  4. Versión con la regla de la cadena y ejemplos
  5. Derivada de arcosh x
  6. Errores comunes

La derivada de \cosh x es \sinh x. Cuidado con el signo: a diferencia del coseno circular, no hay signo menos.

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

Demostración a partir de la definición

El coseno hiperbólico es la media de e^x y e^{-x}:

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

Deriva cada término. La derivada de eˣ es e^x, y la derivada de e^(−x) es -e^{-x}:

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

Gráfica de cosh x y de su derivada

Gráfica de y = cosh x y de su derivada y = sinh x
El coseno hiperbólico tiene forma de U con su mínimo en (0, 1). Su pendiente, \sinh x, es negativa a la izquierda, cero en el fondo y positiva a la derecha.

La derivada \sinh x es negativa para x < 0 y positiva para x > 0, así que x = 0 es un mínimo. La segunda derivada es \cosh x \ge 1 > 0, así que la curva es cóncava hacia arriba en todas partes.

El cable colgante

Una cadena o un cable que cuelga por su propio peso toma la forma y = a\cosh\frac{x}{a}, llamada catenaria. Su pendiente en cualquier punto es

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

Así que el cable es horizontal en su punto más bajo y se vuelve más inclinado hacia los soportes. La fórmula de la longitud de arco también se simplifica muy bien, porque 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}

Versión con la regla de la cadena y ejemplos

\frac{d}{dx}\cosh u = \sinh u\cdot u'
Función Derivada
\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

En la tercera fila, \sinh(\ln x) = \frac{x - 1/x}{2}, así que al dividir entre x se obtiene \frac{1}{2}\left(1 - \frac{1}{x^2}\right).

Ejemplo resuelto: comprobar la identidad. Deriva \cosh^2 x - \sinh^2 x:

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

Una derivada nula significa que la expresión es constante. En x = 0 vale 1 - 0 = 1, lo que demuestra que \cosh^2 x - \sinh^2 x = 1.

Derivada de arcosh x

Para x > 1, el argumento del coseno hiperbólico (su inversa) tiene derivada

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

Toma \cosh y = x con y > 0, de modo que \sinh y\,y' = 1 y \sinh y = \sqrt{\cosh^2 y - 1} = \sqrt{x^2 - 1}.

Errores comunes

  1. Escribir -\sinh x. Copiar el patrón circular es el error más común.
  2. Pensar que \cosh x puede ser menor que 1. Su mínimo es \cosh 0 = 1.
  3. Olvidar la derivada del interior. \frac{d}{dx}\cosh(4x) = 4\sinh(4x).

Consulta la derivada de senh x, la derivada de tanh x y la página de funciones hiperbólicas para ver gráficas e identidades.

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Preguntas frecuentes

¿Cuál es la derivada de cosh x?

La derivada de \cosh x es \sinh x.

¿La derivada de cosh x es −senh x?

No. Ese es el patrón del coseno circular, \frac{d}{dx}\cos x = -\sin x. Para el coseno hiperbólico el resultado es +\sinh x.

¿Cuál es la derivada de cosh(2x)?

Por la regla de la cadena es 2\sinh(2x).

¿Cuál es la segunda derivada de cosh x?

Es de nuevo \cosh x. Al derivar dos veces vuelves al punto de partida.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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