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古德曼函数


GudermannianReal
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古德曼函数是一个奇函数,用 gamma(x)gd(x) 表示,它出现在墨卡托投影的反方程中。phi(y)=gd(y) 表示纬度 phi 用垂直位置 y 在此投影中表示,因此古德曼函数定义为

gd(x)=int_0^x(dt)/(cosht)
(1)
=2tan^(-1)[tanh(1/2x)].
(2)

对于实数 x,此定义也等于

gd(x)=tan^(-1)(sinhx)
(3)
=2tan^(-1)(e^x)-1/2pi.
(4)

古德曼函数在 Wolfram 语言 中实现为古德曼函数[z].

古德曼函数的导数为

 d/(dz)gd(z)=sechz,
(5)

不定积分

 intgd(z)dz=-1/2pix+i[Li_2(-ie^x)-Li_2(ie^x)],
(6)

其中 Li_2(z)双对数函数

它具有麦克劳林级数

 gd(x)=x-1/6x^3+1/(24)x^5-(61)/(5040)x^7+(277)/(72576)x^9-...
(7)

(OEIS A091912A136606)。

古德曼函数通过以下方式连接了三角函数双曲函数

sin(gdx)=tanhx
(8)
cos(gdx)=sechx
(9)
tan(gdx)=sinhx
(10)
cot(gdx)=cschx
(11)
sec(gdx)=coshx
(12)
csc(gdx)=cothx.
(13)

古德曼函数通过以下方式与指数函数相关

e^x=sec(gdx)+tan(gdx)
(14)
=tan(1/4pi+1/2gdx)
(15)
=(1+sin(gdx))/(cos(gdx))
(16)

(Beyer 1987, p. 164; Zwillinger 1995, p. 485)。

其他基本恒等式为

 tanh(1/2x)=tan(1/2gdx)
(17)
 gd(ix)=igd^(-1)x.
(18)

(Zwillinger 1995, p. 485)。

如果 gd(x+iy)=alpha+ibeta,那么

tanalpha=(sinhx)/(cosy)
(19)
tanhbeta=(siny)/(coshx)
(20)
tanhx=(sinalpha)/(coshbeta)
(21)
tany=(sinhbeta)/(cosalpha)
(22)

(Beyer 1987, p. 164; Zwillinger 1995, p. 530),其中最后一个恒等式已被更正。

另一个恒等式由下式给出

 tanhxtany=tanalphatanhbeta
(23)

(M. Somos, 私人通信,2006 年 4 月 15 日)。

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古德曼函数也可以扩展到复平面,如上图所示。


另请参阅

指数函数, 双曲函数, 双曲正割, 反古德曼函数, 墨卡托投影, 正割, 曳物线, 三角函数

使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Beyer, W. H. "古德曼函数." CRC 标准数学表格,第 28 版。 Boca Raton, FL: CRC Press, p. 164, 1987.Robertson, J. S. "古德曼和单摆." 大学数学杂志 28, 271-276, 1997.Sloane, N. J. A. 序列 A091912A136606 在 "整数序列在线百科全书" 中。Zwillinger, D. (Ed.). "古德曼函数." §6.9 在 CRC 标准数学表格和公式,第 31 版。 Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 530-532, 1995.

在 Wolfram|Alpha 上被引用

古德曼函数

请引用为

Weisstein, Eric W. "古德曼函数." 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/Gudermannian.html

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