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複數三角與雙曲函式:IMSIN、IMCOS、IMTANH 與傳輸線輸入阻抗

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整理 12 個複數三角與雙曲函式,IMSIN、IMCOS、IMTAN、IMSEC、IMCSC、IMCOT 與對應的雙曲版本。以短路傳輸線的輸入阻抗 Z0 乘 tanh 當實例,附 1+i 的對照表與倒數關係。

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一條特性阻抗 50 Ω 的傳輸線,終端短路,從輸入端看進去的阻抗是 Z0 乘上 tanh(γl),其中 γl 是複數,實部是衰減、虛部是相位。要在試算表算這個,就要用複數版本的雙曲正切 IMTANH。

這篇把複數的三角函式 IMSIN、IMCOS、IMTAN、IMSEC、IMCSC、IMCOT,和對應的雙曲函式 IMSINH、IMCOSH、IMTANH、IMSECH、IMCSCH、IMCOTH 一次整理,共 12 個。坦白說,我自己沒有碰過需要它們的工作,這篇是當作工具書寫的,需要的時候回來查就好。

運算的基本寫法(3+4i 這種文字格式、COMPLEX、IMPRODUCT)看複數函式整理,指數、對數、次方在複數的指數、對數與次方。輸入是一般實數的話,用三角函式基本款的 SIN、COS、TAN,以及倒數與雙曲三角函式的 SEC、SINH 等。

先看一個例子:短路傳輸線

手算的話,雙曲正切是 sinh 除以 cosh,兩個都要展開成實部虛部再做複數除法,一次就夠累了。

假設 γl 是 0.05+0.8i(衰減 0.05 Np、相位 0.8 rad),特性阻抗 Z0 是 50 Ω:

Google 試算表公式
fx

短路傳輸線輸入阻抗 = Z0 乘 tanh(γl)

=IMPRODUCT(50, IMTANH("0.05+0.8i"))

來看看結果:

項目內容結果
實部(電阻)IMREAL 取出5.1325
虛部(電抗)IMAGINARY 取出51.2179
大小IMABS 取出51.4744

電抗是正的,代表從輸入端看進去呈電感性。整個儲存格的結果是 5.13252065644721+51.2179157677924i 這種長度的文字。

怎麼選

12 個函式分成三角與雙曲兩組,每組六個:sin、cos、tan,加上它們的倒數 sec、csc、cot。傳輸線、衰減的題目用雙曲,振盪、週期的題目用三角。下表以輸入 1+i 為例(小數第 4 位):

函式實部虛部
IMSIN1.29850.6350
IMCOS0.8337-0.9889
IMTAN0.27181.0839
IMSINH0.63501.2985
IMCOSH0.83370.9889
IMTANH1.08390.2718

另外的 IMSEC、IMCSC、IMCOT 分別是 IMCOS、IMSIN、IMTAN 的倒數,IMSECH、IMCSCH、IMCOTH 則是 IMCOSH、IMSINH、IMTANH 的倒數。

Excel 有 IMSIN、IMCOS、IMTAN、IMSEC、IMCSC、IMCOT、IMSINH、IMCOSH、IMSECH、IMCSCH 這 10 個,但沒有 IMTANH 與 IMCOTH。本篇的傳輸線範例在 Excel 要改用 代替 IMTANH(z);IMCOTH(z) 則用 。

三角函式的角度單位是弧度,度要先用 RADIANS 轉。

三角函式

IMSIN

複數的正弦。

語法:

Google 試算表公式
fx

1+i 的正弦

=IMSIN("1+i")

公式是 sin(a + bi) = sin a cosh b + i cos a sinh b。代入 a = 1、b = 1:實部 0.8415 × 1.5431 = 1.2985,虛部 0.5403 × 1.1752 = 0.6350,結果是 1.29845758141598+0.634963914784736i。

IMCOS

複數的餘弦。

語法:

Google 試算表公式
fx

1+i 的餘弦

=IMCOS("1+i")

公式是 cos(a + bi) = cos a cosh b - i sin a sinh b,實部 0.5403 × 1.5431 = 0.8337,虛部 -0.8415 × 1.1752 = -0.9889,結果是 0.833730025131149-0.988897705762865i。

IMTAN

複數的正切。

語法:

Google 試算表公式
fx

1+i 的正切

=IMTAN("1+i")

結果是 0.271752585319512+1.08392332733869i,也就是 IMSIN 除以 IMCOS。

IMSEC

複數的正割,COS 的倒數。

語法:

Google 試算表公式
fx

1+i 的正割

=IMSEC("1+i")

結果是 0.498337030555187+0.591083841721045i,跟 一樣。

IMCSC

複數的餘割,SIN 的倒數。

語法:

Google 試算表公式
fx

1+i 的餘割

=IMCSC("1+i")

結果是 0.621518017170428-0.303931001628426i。

IMCOT

複數的餘切,TAN 的倒數。

語法:

Google 試算表公式
fx

1+i 的餘切

=IMCOT("1+i")

結果是 0.217621561854403-0.868014142895925i。輸入是 0 的時候, 要除以 0,會回 #DIV/0!。

雙曲函式

IMSINH

複數的雙曲正弦。

語法:

Google 試算表公式
fx

1+i 的雙曲正弦

=IMSINH("1+i")

公式是 sinh(a + bi) = sinh a cos b + i cosh a sin b,結果是 0.634963914784736+1.29845758141598i。這個值剛好跟 IMSIN("1+i") 的實部、虛部對調,是 1+i 這個點的巧合,換別的輸入就不會了。

IMCOSH

複數的雙曲餘弦。

語法:

Google 試算表公式
fx

1+i 的雙曲餘弦

=IMCOSH("1+i")

結果是 0.833730025131149+0.988897705762865i,實部和 IMCOS("1+i") 一樣,虛部差一個正負號。

IMTANH

複數的雙曲正切,上面傳輸線就是用它。

語法:

Google 試算表公式
fx

1+i 的雙曲正切

=IMTANH("1+i")

結果是 1.08392332733869+0.271752585319512i。

IMSECH

複數的雙曲正割,COSH 的倒數。

語法:

Google 試算表公式
fx

1+i 的雙曲正割

=IMSECH("1+i")

結果是 0.498337030555187-0.591083841721045i。

IMCSCH

複數的雙曲餘割,SINH 的倒數。

語法:

Google 試算表公式
fx

1+i 的雙曲餘割

=IMCSCH("1+i")

結果是 0.303931001628426-0.621518017170428i。

IMCOTH

複數的雙曲餘切,TANH 的倒數。

語法:

Google 試算表公式
fx

1+i 的雙曲餘切

=IMCOTH("1+i")

結果是 0.868014142895925-0.217621561854403i。

實數輸入與結果字串

這 12 個函式的參數都是單一複數,沒有範圍用法。輸入若是一般實數,例如 ,會當成 a+0i 處理,結果是 0.5,虛部為 0。

結果字串的小數位數很長(本篇的結果寫了 15 位有效數字),要縮短就用 IMREAL、IMAGINARY 取出,再用 ROUND 或 TEXT(..., "0.0000") 控制位數。

試著把自己的傳輸線參數代進上面的例子吧!

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#複數#三角函數#雙曲函數#傳輸線#工程函式
喜特先生 Mr. Sheet

喜特先生 Mr. Sheet

數據分析師/商業分析師

八年工作經驗,跨不同業界解決數據需求。做過的案例都整理在作品集。

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