Arkusfunktion

Arkusfunktionen (von lat. arcus „Bogen“), auch zyklometrische Funktionen genannt, sind, wie es ihre alternative Bezeichnung als inverse Winkelfunktionen andeutet, Umkehrfunktionen trigonometrischer Funktionen – die Arkusfunktionen liefern also zu einem gegebenen Winkelfunktionswert den zugehörigen Winkel.

Zu jeder der sechs Winkelfunktionen gibt es eine Arkusfunktion, die in mathematischen Formeln und Gleichungen durch ein vorangestelltes $\operatorname {arc}$ oder $\operatorname {a}$ vom Kürzel der zugehörigen trigonometrischen Funktion unterschieden wird. Vor allem im englischsprachigen Raum, aber auch auf den Tastaturen der meisten Taschenrechner, findet sich immer häufiger eine Schreibweise mit dem Exponenten −1, der signalisieren soll, dass es sich um die Umkehrfunktion (aber nicht um den Kehrwert) der besagten Winkelfunktion handelt:

Winkelfunktion	Arkusfunktion	Kürzel	alternatives Kürzel
Sinus	Arkussinus	$\arcsin$ oder $\operatorname {asin}$	$\sin ^{-1}$
Kosinus	Arkuskosinus	$\arccos$ oder $\operatorname {acos}$	$\cos ^{-1}$
Tangens	Arkustangens	$\arctan$ oder $\operatorname {atan}$	$\tan ^{-1}$
Kotangens	Arkuskotangens	$\operatorname {arccot}$ oder $\operatorname {acot}$	$\cot ^{-1}$
Sekans	Arkussekans	$\operatorname {arcsec}$	$\sec ^{-1}$
Kosekans	Arkuskosekans	$\operatorname {arccsc}$	$\csc ^{-1}$

Die Hauptwerte der arcsin(x)- (rot) und arccos(x)-Funktionen (blau)	Die Hauptwerte der arctan(x)- (rot) und arccot(x)-Funktionen (blau)
	Die Hauptwerte der arcsec(x)- and arccsc(x)-Funktion

Riemannsche Fläche des komplexen Logarithmus. Die Blätter haben einen Abstand von $2\pi$.

Da die trigonometrischen Funktionen periodische Funktionen sind, sind sie zunächst einmal nicht invertierbar. Beschränkt man sich jedoch auf ein Monotonieintervall der jeweiligen Ausgangsfunktion, z. B. auf das Intervall $[-\pi /2,\pi /2]$ oder $[0,\pi ]$, kann die so erhaltene eingeschränkte Funktion sehr wohl invertiert werden. Allerdings überdecken die Monotonieintervalle jeweils nur eine halbe Periode, siehe Abbildung oben. Kennt man jedoch sowohl den Sinus als auch den Kosinus eines Winkels (allgemeiner: komplexe Komponenten), so kann man den Winkel bis auf ganze Perioden $(2\pi )$ ermitteln, siehe Abbildung rechts für die Anschauung und arctan2 für die Berechnung.

Beziehungen zwischen den Funktionen

Siehe auch: Trigonometrische Funktion: Beziehungen zwischen den Funktionen

Arkusfunktionen lassen sich wie folgt ineinander umrechnen (wobei $\operatorname {sgn}$ die Vorzeichenfunktion bezeichnet):

	arcsin	arccos	arctan	arccot	arcsec	arccsc
arcsin(x)	$\arcsin(x)$	${\frac {\pi }{2}}-\arccos(x)$	$\arctan \left({\frac {x}{\sqrt {1-x^{2}}}}\right)$	${\frac {\pi }{2}}-\operatorname {arccot} \left({\frac {x}{\sqrt {1-x^{2}}}}\right)$	${\frac {\pi }{2}}-\operatorname {arcsec}(x)$	$\operatorname {arccsc} \left({\frac {1}{x}}\right)$
arccos(x)	${\frac {\pi }{2}}-\arcsin(x)$	$\arccos(x)$	${\frac {\pi }{2}}-\arctan \left({\frac {x}{\sqrt {1-x^{2}}}}\right)$	$\operatorname {arccot} \left({\frac {x}{\sqrt {1-x^{2}}}}\right)$	$\operatorname {arcsec} \left({\frac {1}{x}}\right)$	${\frac {\pi }{2}}-\operatorname {arccsc} \left({\frac {1}{x}}\right)$
arctan(x)	$\arcsin \left({\frac {x}{\sqrt {1+x^{2}}}}\right)$	${\frac {\pi }{2}}-\arccos \left({\frac {x}{\sqrt {1+x^{2}}}}\right)$	$\arctan(x)$	${\frac {\pi }{2}}-\operatorname {arccot}(x)$	${\frac {\pi }{2}}-\operatorname {arcsec} \left({\frac {\sqrt {1+x^{2}}}{x}}\right)$	$\operatorname {arccsc} \left({\frac {\sqrt {1+x^{2}}}{x}}\right)$
arccot(x)	${\frac {\pi }{2}}-\arcsin \left({\frac {x}{\sqrt {1+x^{2}}}}\right)$	$\arccos \left({\frac {x}{\sqrt {1+x^{2}}}}\right)$	${\frac {\pi }{2}}-\arctan(x)$	$\operatorname {arccot}(x)$	$\operatorname {arcsec} \left({\frac {\sqrt {1+x^{2}}}{x}}\right)$	Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \frac{\pi}{2}-\arccsc\left(\frac{\sqrt{1+x^2}}{x}\right)}
arcsec(x)	Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \frac{\pi}{2}-\arcsin\left(\frac{1}{x}\right)}	Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \arccos\left(\frac{1}{x}\right)}	Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \frac{\pi}{2}-\arctan\left(\frac{\sgn(x)}{\sqrt{x^2-1}}\right)}	Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \arccot\left(\frac{\sgn(x)}{\sqrt{x^2-1}}\right)}	Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \arcsec(x)}	Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \frac{\pi}{2}-\arccsc(x)}
arccsc(x)	Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \arcsin\left(\frac{1}{x}\right)}	Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \frac{\pi}{2}-\arccos\left(\frac{1}{x}\right)}	Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \arctan\left(\frac{\sgn(x)}{\sqrt{x^2-1}}\right)}	Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \frac{\pi}{2}-\arccot\left(\frac{\sgn(x)}{\sqrt{x^2-1}}\right)}	Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \frac{\pi}{2}-\arcsec(x)}	Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \arccsc(x)}

Bei den für Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle x \in \{-1, 0, 1\}} verschwindenden Nennern sind die entsprechenden Grenzwerte zu wählen, z. B.:

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \arcsin(-1) = \lim_{x \to -1} \arctan\left(\frac{x}{\sqrt{1-x^2}}\right) = \lim_{y \to -\infty} \arctan(y) = -\frac{\pi}{2}}

Siehe auch

• Trigonometrische Funktion
• Hyperbelfunktion
• Formelsammlung Trigonometrie

Weblinks

• Information auf Mathe-Online
• Eric W. Weisstein: Inverse Trigonometric Functions. In: MathWorld (englisch).

Trigonometrische Funktion

Primäre trigonometrische Funktionen
Sinus und Kosinus | Tangens und Kotangens | Sekans und Kosekans 

Umkehrfunktionen (Arkusfunktionen)
Arkussinus und Arkuskosinus | Arkustangens und Arkuskotangens | Arkussekans und Arkuskosekans 

Hyperbelfunktionen
Sinus hyperbolicus und Kosinus hyperbolicus | Tangens hyperbolicus und Kotangens hyperbolicus | Sekans hyperbolicus und Kosekans hyperbolicus 

Areafunktionen
Areasinus hyperbolicus und Areakosinus hyperbolicus | Areatangens hyperbolicus und Areakotangens hyperbolicus | Areasekans hyperbolicus und Areakosekans hyperbolicus