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倒數與雙曲三角函式:SEC、CSC、COT、SINH、COSH、TANH 與反函數

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SEC、CSC、COT 三個倒數三角函式,雙曲的 SINH、COSH、TANH、SECH、CSCH、COTH,以及 ACOT、ASINH、ACOSH、ATANH、ACOTH 等反函數。用梯子長度和電線下垂量(懸鏈線)當實例。

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SIN、COS、TAN 之外,試算表還有一整排很少人用的親戚:倒數的 SEC、CSC、COT,雙曲的 SINH、COSH、TANH,以及它們的反函數。今天一次整理。

坦白說我在工作上用到的機會很少,大概一年一兩次。倒數三角函式偶爾用在算梯子、斜撐的長度,雙曲函數用過兩種場合:算電線的下垂量,還有把相關係數做費雪轉換(ATANH)。基本款的 SIN、COS、TAN 與弧度的觀念在 三角函式基本款 講過,沒看過的話建議先看那篇,因為這篇的三角函式也一律用弧度。輸入是複數的話,雙曲函式有 IMSINH、IMCOSH 這類對應版本,見 複數三角與雙曲函式。

怎麼選

函式等於輸入輸入限制
SEC1 ÷ COS弧度無
CSC1 ÷ SIN弧度不能是 0
COT1 ÷ TAN弧度不能是 0
SINH、COSH、TANH雙曲正弦、餘弦、正切任何數無
SECH、CSCH、COTH1 ÷ COSH、SINH、TANH任何數CSCH、COTH 不能是 0

反函數:

函式反的是輸入範圍
ACOTCOT任何數
ASINHSINH任何數
ACOSHCOSH1 以上
ATANHTANH大於 -1 且小於 1
ACOTHCOTH絕對值大於 1

倒數三角函式

三個函式的輸入都是弧度,角度要先用 RADIANS 轉。

SEC

傳回正割,也就是餘弦的倒數。

語法:

π/3 弧度(60 度)的餘弦是 0.5,倒數就是 2:

Google 試算表公式
fx

60 度的正割

=TEXT(SEC(PI()/3), "0.0000")

結果是 2.0000。 則是 1.8508。

要算斜坡的斜長時它很方便:水平距離是 11.95 公尺、坡度角 17 度,斜長 = 水平距離 × SEC(坡度角):

Google 試算表公式
fx

水平 11.95 公尺、坡度角 17 度的斜長

=TEXT(11.95*SEC(RADIANS(17)), "0.0000")

結果是 12.4960 公尺。

CSC

傳回餘割,也就是正弦的倒數。

語法:

Google 試算表公式
fx

1 弧度的餘割

=TEXT(CSC(1), "0.0000")

結果是 1.1884。輸入 0 的正弦是 0,會得到 #DIV/0!。

COT

傳回餘切,也就是正切的倒數。

語法:

Google 試算表公式
fx

1 弧度的餘切

=TEXT(COT(1), "0.0000")

結果是 0.6421。輸入 0 同樣是 #DIV/0!。

ACOT

傳回反餘切,結果是弧度。

語法:

  • 值:任何數字。
Google 試算表公式
fx

反餘切 1,轉成角度

=TEXT(DEGREES(ACOT(1)), "0.0000")

結果是 45.0000 度。輸入為正數時,ACOT(x) 等於 ATAN(1/x),例如 是 0.4636。負數也是 ATAN(1/x),例如 ACOT(-1) 是 -0.7854、ACOT(-2) 是 -0.4636,ACOT(0) 是 1.5708(π/2),所以結果落在 -π/2 到 π/2 之間。Excel 的 ACOT 值域是 0 到 π,負數的結果不同(ACOT(-1) 是 2.3562),從 Excel 搬公式過來要留意。

雙曲函數

雙曲函數用 e 的指數組成,不是用角度,所以輸入是一般的數字,不需要 RADIANS。

SINH

傳回雙曲正弦,定義是 (EXP(x) - EXP(-x)) / 2。

語法:

Google 試算表公式
fx

1 的雙曲正弦

=TEXT(SINH(1), "0.0000")

結果是 1.1752。

COSH

傳回雙曲餘弦,定義是 (EXP(x) + EXP(-x)) / 2,最小值是 COSH(0) 的 1。

語法:

Google 試算表公式
fx

0 的雙曲餘弦

=COSH(0)

結果是 1。

TANH

傳回雙曲正切,等於 SINH ÷ COSH,結果永遠夾在 -1 到 1 之間,輸入越大越貼近 1。

語法:

Google 試算表公式
fx

2 的雙曲正切

=TEXT(TANH(2), "0.0000")

結果是 0.9640。我會把它當成把任意數字壓進 -1 到 1 的轉換器, 是 0.4621。

SECH

傳回雙曲正割,COSH 的倒數。

語法:

Google 試算表公式
fx

1 的雙曲正割

=TEXT(SECH(1), "0.0000")

結果是 0.6481。

CSCH

傳回雙曲餘割,SINH 的倒數。

語法:

Google 試算表公式
fx

1 的雙曲餘割

=TEXT(CSCH(1), "0.0000")

結果是 0.8509。輸入 0 是 #DIV/0!。

COTH

傳回雙曲餘切,TANH 的倒數。

語法:

Google 試算表公式
fx

1 的雙曲餘切

=TEXT(COTH(1), "0.0000")

結果是 1.3130。輸入 0 是 #DIV/0!。

反雙曲函數

ASINH

傳回反雙曲正弦,輸入沒有範圍限制。

語法:

我自己最常用 ASINH 的地方,是資料有 0 或負數、又想壓縮大小差距的時候,因為 LN 碰到 0 和負數會 #NUM!,ASINH 不會,而且大數時的行為接近 LN:

Google 試算表公式
fx

1000 的反雙曲正弦

=TEXT(ASINH(1000), "0.0000")

結果是 7.6009,對照 LN(1000) 是 6.9078。ASINH(-1000) 是 -7.6009,正負對稱。

ACOSH

傳回反雙曲餘弦,輸入必須是 1 以上。

語法:

Google 試算表公式
fx

1.5 的反雙曲餘弦

=TEXT(ACOSH(1.5), "0.0000")

結果是 0.9624。輸入小於 1,例如 ,會得到 #NUM!。

ATANH

傳回反雙曲正切,輸入必須大於 -1 且小於 1。

語法:

Google 試算表公式
fx

0.8 的反雙曲正切

=TEXT(ATANH(0.8), "0.0000")

結果是 1.0986。輸入剛好是 1 或 -1 會是 #NUM!。

統計裡常見的相關係數費雪轉換(Fisher z)就是 ATANH:相關係數 0.8 轉成 1.0986,做完計算後再用 TANH 轉回來, 會得到 0.8000。

ACOTH

傳回反雙曲餘切,輸入的絕對值必須大於 1。

語法:

Google 試算表公式
fx

2 的反雙曲餘切

=TEXT(ACOTH(2), "0.0000")

結果是 0.5493,跟 ATANH(0.5) 一樣,因為 ACOTH(x) 就是 ATANH(1/x)。輸入的絕對值小於等於 1,例如 ,是 #NUM!。

實例:電線下垂量與梯子長度

兩條實例,各用到這一族的不同部分。

梯子要多長

梯子靠牆,牆上的接觸點高 4.2 公尺,梯子與地面夾角 70 度。梯長 = 高度 × CSC(角度),梯腳離牆的距離 = 高度 × COT(角度):

Google 試算表公式
fx

牆高 4.2 公尺、夾角 70 度的梯長

=TEXT(4.2*CSC(RADIANS(70)), "0.0000")

結果是 4.4695 公尺。

Google 試算表公式
fx

梯腳離牆的距離

=TEXT(4.2*COT(RADIANS(70)), "0.0000")

結果是 1.5287 公尺。

兩根電線桿之間垂多少

自由下垂的電線形狀是懸鏈線,方程式是 y = a × COSH(x ÷ a)。A2 放形狀參數 a(15),B2 放離最低點的水平距離 x(10,也就是兩根電線桿相距 20 公尺的一半)。

電線在桿頂比最低點高出的距離(下垂量)= a × COSH(x ÷ a) − a:

Google 試算表公式
fx

下垂量

=TEXT(A2*COSH(B2/A2)-A2, "0.0000")

結果是 3.4586 公尺。電線的實際長度 = 2 × a × SINH(x ÷ a):

Google 試算表公式
fx

電線總長

=TEXT(2*A2*SINH(B2/A2), "0.0000")

結果是 21.5148 公尺。

反過來,已知下垂量 3.4586 公尺,求水平距離,要用 ACOSH:x = a × ACOSH(1 + 下垂量 ÷ a):

Google 試算表公式
fx

由下垂量反推水平距離

=TEXT(A2*ACOSH(1+3.4586/A2), "0.0000")

結果是 10.0000 公尺,回到原本的 10。這裡的 a 是我自己假設的形狀參數,實際工程上 a 取決於電線的張力和重量,這篇不討論。

需要的時候回來查一下,就這樣!

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#三角函式#雙曲函數#懸鏈線#費雪轉換
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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