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viernes, 8 de marzo de 2024

Relación entre las funciones seno y seno hiperbólico

Siendo z\in \mathbb{C}, recordemos que la función seno se puede escribir de la forma \sin\,(z)\overset{(1)}{=}\dfrac{e^{iz}-e^{-iz}}{2i} y la función seno hiperbólico, que se define de la forma \sinh\,(z):=\dfrac{e^z-e^{-z}}{2}, se puede demostrar fácilmente que \sin\,(z)=-i\,\sinh\,(iz) y que \sinh\,(z)=-i\,\sin\,(iz). En efecto:

\sin\,(z)=\dfrac{e^{iz}-e^{-iz}}{2i}=\dfrac{e^{iz}-e^{-iz}}{2i}\cdot \dfrac{i}{i}=i\cdot \dfrac{e^{iz}-e^{-iz}}{-2}=-i\cdot \left(\dfrac{e^{iz}-e^{-iz}}{2}\right) \quad (1), pero el segundo factor (entre los paréntesis) es justamente la definición del seno hiperbólico, no de z, sino de iz, esto es, \dfrac{e^{iz}-e^{-iz}}{2}=\sinh\,(iz); por consiguiente, de (1) se se sigue que, como se pedía, \sin\,(z) = -i\,\sinh\,(iz)

De ahí se sigue también que, de la igualdad anterior, cambiando z por iz:
  \sin\,(z) = -i\,\sinh\,(iz)
    \sin\,(iz) = -i\,\sinh\,(i\cdot (iz)
      \sin\,(iz) = -i\,\sinh\,(i^2\,z)
        \sin\,(iz) = -i\,\sinh\,(-z)
          \sin\,(iz) = -i\cdot (-\sinh\,(z))
            \sin\,(iz) = i\cdot \sinh\,(z)
              i\,\sin\,(iz) = i\cdot i\, \sinh\,(z)
                i\,\sin\,(iz) = i^2\, \sinh\,(z)
                  i\,\sin\,(iz) = -\sinh\,(z)
                    \sinh\,(z)=-i\,\sin\,(iz)
-oOo-

Nota 1:
De acuerdo con la fórmula de Euler, e^{iz}=\cos\,(z)+ i\,\sin(z) \quad (2), luego e^{-iz}=e^{i\,(-z)}\cos\,(-z)+ i\,\sin(-z) = \cos\,(z) + i\,(-\sin(z)) = \cos\,(z)-i\,\sin\,(z) \quad (3). Restando, miembro a miembro, (3) de (2), se obtiene e^{iz}-e^{-iz}=2i\,\sin\,(z), con lo cual \sin\,(z)=\dfrac{e^{iz}-e^{-iz}}{2i}

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