Сферическая тригонометрия

редактировать

Сферическая тригонометрия - это ветвь сферической геометрии, которая имеет дело с отношениями между тригонометрическими функции сторон сторон и углов сферических многоугольников (особенно сферических треугольников ), определяемых рядом пересекающихся больших окружностей на сфере . Сферическая тригонометрия имеет значение для вычислений в астрономии, геодезии и навигации.

Обсуждаются истоки сферической тригонометрии в греческой математике и основные достижения в исламской математике. полностью в История тригонометрии и Математика в средневековом исламе. Эта тема возникла в раннем Новом времени с важными разработками Джона Напьера, Деламбра и других, и приобрела практически завершенную форму к концу девятнадцатого века с публикацией книги Тодхантера. учебник Сферическая тригонометрия для использования в ВУЗах и школах. С тех пор значительного развития стало применение векторных методов и численных методов.

Содержание

  • 1 Предварительные сведения
    • 1.1 Сферические многоугольники
    • 1.2 Обозначение
    • 1.3 Полярные треугольники
  • 2 Правила косинуса и правила синуса
    • 2.1 Правила косинуса
    • 2.2 Правила синуса
    • 2.3 Вывод правил косинуса
    • 2.4 Вывод синуса
    • 2.5 Альтернативные выводы
  • 3 Тождества
    • 3.1 Дополнительные правила косинуса
    • 3.2 Формулы котангенса из четырех частей
    • 3.3 Полугол и Полусторонние формулы
    • 3.4 Аналогии Деламбра (или Гаусса)
    • 3.5 Аналогии Напье
    • 3.6 Правила Непьера для прямоугольных сферических треугольников
    • 3.7 Правила Непьера для квадрантных треугольников
    • 3.8 Правила из пяти частей
  • 4 Решение треугольников
    • 4.1 Наклонные треугольники
    • 4.2 Решение прямоугольных треугольников
    • 4.3 Численные соображения
  • 5 Площадь и сферический избыток
  • 6 См. Также
  • 7 Ссылки
  • 8 Внешние ссылки

Предварительные сведения

Восемь сферических треугольников, образованных пересечений трех больших окружностей.

Сферические многоугольники

Сферический многоугольник - это многоугольник на s Поверхность определяется большим кругом , которые являются пересечением поверхности с плоскостями, проходящими через центр сферы. Такие многоугольники могут иметь любое количество сторон. Две плоскости определяют лунку, также называемую «двуугольником » или двуугольным, двусторонний аналог треугольника: знакомый пример - изогнутая поверхность сегмента апельсин. Три плоскости определяют сферический треугольник, который является основным предметом данной статьи. Четыре плоскости определяют сферический четырехугольник: такую ​​фигуру и многоугольники с более высокими сторонами всегда можно рассматривать как несколько сферических треугольников.

Один сферический многоугольник с интересными свойствами - это pentagramma mirificum, сферический 5-сторонний звездный многоугольник со всеми прямыми углами.

Эта статья будет ограничена сферическими треугольниками, обозначенными просто как треугольники.

Обозначение

Основной треугольник на единичной сфере.
  • И вершины, и углы при вершинах обозначаются одинаковыми заглавными буквами A, B и C.
  • углы A, B, C треугольника равны углам между плоскостями, пересекающими поверхностями сферы, или, что то же самое, углам между касательными пальцами дуг большого круга, где они встречаются в вершинах. Углы указаны в радианах. Углы собственных сферических треугольников (по соглашению) меньше π, так что π < A + B + C < 3π. (Todhunter, Art.22,32).
  • обозначены строчными буквами a, b и c. На единичной сфере их длины численно равны радианной мере углов, которые дуги большого круга образуют в центре. Стороны правильных сферических треугольников (по соглашению) меньше π, так что 0 < a + b + c < 2π. (Todhunter, Art.22,32).
  • Радиус сферы принимается за единицу. Для практических задач в сфере радиуса R измеренные длины сторон должны быть разделены на R перед использованием тождеств, приведенных ниже. Аналогично, после вычислений на единичной сфере стороны a, b, c должны быть умножены на R.

Полярные треугольники

Полярный треугольник A'B'C '

Полярный треугольник, образованный с треугольником ABC, определяется следующим образом. Рассмотрим большой круг, который содержит сторону BC. Этот большой круг определяется пересечением диаметральной плоскости с поверхностью. Нарисуйте нормаль к этой плоскости в центре: она пересекает поверхность в двух точках, и точка, которая находится на той же стороне плоскости, что и A, (условно) называется полюсом A и обозначается A '. Аналогично точки B 'и C'.

Треугольник A'B'C '- это полярный треугольник, соответствующий треугольнику ABC. Очень важная теорема (Тодхантер, статья 27) доказывает, что углы и стороны полярного треугольника задаются формулами

A ′ = π - a, B ′ = π - b, C ′ = π - c, a ′ = π - A, b ′ = π - B, c ′ = π - C. {\ displaystyle {\ begin {alignat} {3} A '= \ pi -a, \ qquad B' = \ pi -b, \ qquad C '= \ pi -c, \\ a' = \ pi -A, b '= \ pi -B, c' = \ pi -C. \ end {alignat}}}{\displaystyle {\begin{alignedat}{3}A'=\pi -a,\qquad B'=\pi -b,\qquad C'=\pi -c,\\a'=\pi -A,b'=\pi -B,c'=\pi -C.\end{alignedat}}}

Следовательно, если какое-либо тождество для треугольника ABC доказано, то мы немедленно вывести вторую идентичность, примения первую идентичность к полярному треугольнику, сделав вышеуказанные замены. Вот как дополнительные косинусные уравнения выводятся из косинусных уравнений. Точно так же тождества квадрантного треугольника могут быть получены из тождеств прямоугольного треугольника. Полярный треугольник полярного треугольника - это исходный треугольник.

Правила косинуса и правила синуса

Правила косинуса

Правило косинуса является основным тождеством сферической тригонометрии: все другие тождества, включая правило, могут быть получены из Правило косинуса:

соз ⁡ a = соз ⁡ b соз ⁡ с + грех ⁡ б грех ⁡ с соз ⁡ A, {\ displaystyle \ cos a = \ cos b \ cos c + \ sin b \ sin c \ cos A, \!}\ cos a = \ cos b \ cos c + \ sin b \ sin c \ cos A, \!
соз ⁡ б = соз ⁡ с соз ⁡ + грех ⁡ с грех ⁡ a соз ⁡ В, {\ Displaystyle \ соз Ь = \ соз с \ соз а + \ грех с \ грех а \ соз В, \!}\ cos b = \ cos c \ cos a + \ грех с \ грех а \ соз В, \!
соз ⁡ с = соз ⁡ а соз ⁡ б + грех ⁡ а грех ⁡ б соз ⁡ С, {\ Displaystyle \ соз с = \ соз а \ соз Ь + \ грех а \ грех Ь \ соз С, \! }\ cos c = \ cos a \ cos b + \ sin a \ sin b \ cos C, \ !

Эти тождества аппроксимируют правило косинусов плоскости тригонометрии, если стороны намного меньше, чем радиус сферы. (На единичной сфере, если a, b, c << 1: set грех ⁡ a ≈ a {\ displaystyle \ sin a \ приблизительно a}\ sin a \ приблизительно a и cos ⁡ a ≈ 1 - a 2/2 { \ displaystyle \ cos a \ приблизительно 1-a ^ {2} / 2}\ cos a \ приблизительно 1-a ^ 2/2 и т.д.; см. Сферический закон косинусов.)

Правила синуса

Сферический закон синусов задается формулой

sin ⁡ A sin ⁡ a = sin ⁡ B sin ⁡ b = sin ⁡ C sin ⁡ c. {\ displaystyle {\ frac {\ sin A} {\ sin a}} = {\ frac {\ sin B} {\ sin b}} = {\ frac {\ sin C} {\ sin c}}.}\frac{\sin A}{\sin a}=\frac{\sin B}{\sin b}=\frac{\sin C}{\sin c}.

Эти тождества аппроксимируют правило синуса плоскости тригонометрии, когда стороны намного меньше радиуса сферы.

Вывод правил косинуса

Векторы сферической тригонометрии. svg

Формулы сферического косинуса геометрии были доказаны элементарнойрией и правилами плоского косинуса (Тодхантер, статья 37). Он также дает вывод, используя простую координатную геометрию и правило плоского косинуса (статья 60). В описанном здесь подходе используются более простые методы методов. (Эти методы также обсуждаются в Сферический закон косинусов.)

Рассмотрим три единичных вектора OA, OBи OC, полученных от начала координат к вершинам треугольника. (на единичной сфере). Дуга BC образует в центре угла величиной a, и поэтому OB · OC = cos a. Введите декартово основание с OA вдоль оси z и OB в плоскости xz, составляющей угол c с осью z. Вектор OC проецируется в положение в плоскости xy, а угол между ON и осью x равен A. Следовательно, три элемента компоненты:

OA(0, 0, 1) {\ displaystyle (0, \, 0, \, 1)}(0,\,0,\,1)OB(грех ⁡ с, 0, соз ⁡ с) {\ displaystyle (\ sin c, \, 0, \, \ cos c)}(\ sin c, \, 0, \, \ cos c) OC(грех ⁡ б соз ⁡ A, грех ⁡ б грех ⁡ A, соз ⁡ b) {\ displaystyle (\ sin b \ cos A, \, \ sin b \ sin A, \, \ cos b)}(\ sin b \ cos A, \, \ sin b \ sin A, \, \ cos b) .

скаляр продукт OB · OC в терминах компонентов:

OB · OC = sin ⁡ c sin ⁡ b cos ⁡ A + cos ⁡ c cos ⁡ b {\ displaystyle \ sin c \, \ sin b \, \ cos A + \ cos c \, \ cos b}\ sin c \, \ sin b \, \ cos A + \ cos c \, \ cos b .

Приравнивание двух выражений для скалярного произведения дает

cos ⁡ a = cos ⁡ b cos ⁡ c + sin ⁡ b sin ⁡ c cos ⁡ A. {\ displaystyle \ cos a = \ cos b \, \ cos c + \ sin b \, \ sin c \, \ cos A.}\ cos a = \ cos b \, \ cos c + \ sin b \, \ sin c \, \ cos A.

Это уравнение можно перегруппировать, чтобы получить явное выражение для угла в терминах стороны:

cos ⁡ A = cos ⁡ a - cos ⁡ b cos ⁡ c sin ⁡ b sin ⁡ c. {\ displaystyle \ cos A = {\ frac {\ cos a \, - \, \ cos b \, \ cos c} {\ sin b \, \ sin c}}.}\ cos A = \ frac {\ cos a \, - \, \ cos b \, \ cos c} {\ sin b \, \ sin c }.

Получены другие правила косинуса циклическими перестановками.

Вывод правил синуса

Этот вывод дается в Todhunter (Статья 40). Из тождества sin 2 ⁡ A = 1 - cos 2 ⁡ A {\ displaystyle \ sin ^ {2} A = 1- \ cos ^ {2} A}\ sin ^ 2 A = 1- \ cos ^ 2 A и явного выражения для соз ⁡ A {\ displaystyle \ cos A}\ соз A непосредственно выше

sin 2 A = 1 - (cos ⁡ a - cos ⁡ b cos ⁡ c sin ⁡ b sin ⁡ c) 2 = (1 - cos 2 b) (1 - cos 2 c) - (cos ⁡ a - cos ⁡ b cos ⁡ c) 2 sin 2 b sin 2 c sin ⁡ A sin ⁡ a = [1 - cos 2 a - cos 2 b - cos 2 c + 2 cos ⁡ a cos ⁡ b cos ⁡ c] 1/2 sin ⁡ a sin ⁡ b sin ⁡ c. {\ Displaystyle {\ begin {align} \ sin ^ {2} \! A = 1- \ left ({\ frac {\ cos a- \ cos b \, \ cos c} {\ sin b \, \ sin c}} \ right) ^ {2} \\ = {\ frac {(1- \ cos ^ {2} \! B) (1- \ cos ^ {2} \! C) - (\ cos a- \ cos b \, \ cos c) ^ {2}} {\ sin ^ {2} \! б \, \ sin ^ {2} \! c}} \\ {\ frac {\ sin A} {\ sin a}} = {\ frac {[1- \ cos ^ {2} \! a- \ cos ^ {2} \! b- \ cos ^ {2} \! c + 2 \ cos a \ cos b \ cos c] ^ {1/2}} {\ sin a \ sin b \ sin c}}. \ end {align}}}\ begin {align} \ sin ^ 2 \! A = 1- \ left (\ frac {\ cos a - \ cos b \, \ cos c} {\ sin b \, \ sin c} \ right) ^ 2 \\ = \ frac {(1- \ cos ^ 2 \! b) (1- \ cos ^ 2 \ ! c) - (\ cos a - \ cos b \, \ cos c) ^ 2} {\ sin ^ 2 \! b \, \ sin ^ 2 \! c} \\ \ frac {\ sin A} {\ sin a} = \ frac {[1- \ cos ^ 2 \! a- \ cos ^ 2 \! b- \ cos ^ 2 \! c + 2 \ cos a \ cos b \ cos c] ^ {1 / 2}} {\ sin a \ sin b \ sin c}. \ end {align}

Так как правая часть инвариантна относительно циклической перестановки a, b, c {\ displaystyle a, \; б, \; c}a, \; b, \; c сразу же следует правило сферического синуса.

Альтернативные производные

Существует много способов получения основных правил косинуса и синуса, а также других правил, разработанных в следующих разделах. Например, Тодхантер примеры два правила косинуса (статьи 37 и 60) и два правила синуса (статьи 40 и 42). На странице Сферический закон косинусов представлены четыре примера правила косинусов. Учебники по геодезии (например, Кларк) и сферической астрономии (например, Smart) дают разные доказательства, онлайн-ресурсы MathWorld еще больше. Существуют даже более экзотические выводы, такие как вывод Банерджи, который выводит формулы, используя линейную алгебру матрицций, а также цитирует методы дифференциальной геометрии и теории групп вращений.

Вывод правил косинуса, представленный выше, имеет достоинства простоты и непосредственности, а вывод правила синуса подчеркивает тот факт, что не требуется отдельного доказательства, кроме правил косинуса. Тем не менее указанная выше геометрия тройное скалярное произведение, OA · (OB × OC) оценивается как sin ⁡ b sin ⁡ c sin ⁡ A {\ displaystyle \ sin b \ sin c \ sin A}{\ displaystyle \ sin b \ sin c \ sin A} в показанном базисе. Аналогично, в базисе, ориентированном с осью z вдоль OB, тройное произведение OB · (OC × OA) оценивается как грех ⁡ c грех ⁡ грех ⁡ B {\ Displaystyle \ с \ грех а \ грех В}{\displaystyle \sin c\sin a\sin B}. Следовательно, инвариантность тройного произведения относительно циклических перестановок дает sin ⁡ b sin ⁡ A = sin ⁡ a sin ⁡ B {\ displaystyle \ sin b \ sin A = \ sin a \ sin B}{\ displaystyle \ sin b \ sin A = \ sin a \ sin B} что это первый из синусов правил. См. Кривые вариации закона синусов, чтобы увидеть подробности этого вывода.

Тождества

Дополнительные правила косинуса

Применение правил косинуса к полярному треугольнику дает (Тодхантер, статья 47), т.е. замена A на π - a, a на π –A и т. Д.,

cos ⁡ A = - cos ⁡ B cos ⁡ C + sin ⁡ B sin ⁡ C cos ⁡ a, cos ⁡ B = - cos ⁡ C cos ⁡ A + sin ⁡ C sin ⁡ A cos ⁡ b, cos ⁡ C = - cos ⁡ A cos ⁡ B + sin ⁡ A sin ⁡ B cos ⁡ c. {\ Displaystyle {\ begin {выровнено} \ соз А = - \ соз В \, \ соз С + \ грех В \, \ грех С \, \ соз а, \\\ соз В = - \ соз С \, \ соз A + \ sin C \, \ sin A \, \ cos b, \\\ cos C = - \ cos A \, \ cos B + \ sin A \, \ sin B \, \ cos c. \ End {выравнивается}}}{\ Displaystyle {\ begin {выровнено} \ соз А = - \ соз В \, \ соз С + \ грех В \, \ грех С \, \ cos a, \\\ cos B = - \ cos C \, \ cos A + \ sin C \, \ sin A \, \ cos b, \\\ cos C = - \ cos A \, \ cos B + \ sin A \, \ sin B \, \ cos c. \ end {align}}}

Четырехчастные формулы котангенса

Шесть частей треугольника могут быть записаны в циклическом порядке (aCbAcB). Котангенс, или четырехчастные формулы, связывают две стороны и два угла, образуя четыре последовательные части вокруг треугольника, например (aCbA) или (BaCb). В таком наборе есть внутренняя и внешняя части: например, в наборе (BaCb) внутренний угол - C, внутренняя сторона - a, внешний угол - B, внешняя сторона - b. Правило котангенса может быть записано как (Тодхантер, Статья 44)

cos ⁡ (внутренняя сторона) cos ⁡ (внутренний угол) = cot ⁡ (внешняя сторона) sin ⁡ (внутренняя сторона) - cot external (внешний угол) sin ⁡ ( внутренний угол), {\ displaystyle \ cos ({\ text {внутренняя сторона}}) \ cos ({\ text {внутренний угол}}) = \ cot ({\ text {external side}}) \ sin ({\ text {внутренняя сторона}}) \ - \ \ cot ({\ text {external angle}}) \ sin ({\ text {inner angle}}),} \cos(\text{inner side}) \cos(\text{inner angle}) = \cot(\text{outer side}) \sin(\text{inner side})\ -\ \cot(\text{outer angle}) \sin(\text{inner angle}),

и шесть вариантов (с поставлен справа):

(CT1) cos ⁡ b cos ⁡ C = детская кроватка ⁡ a sin ⁡ b - детская кроватка ⁡ A sin ⁡ C, (a C b A) (CT2) cos ⁡ b cos ⁡ A = детская кроватка ⁡ c sin ⁡ b - детская кроватка ⁡ C sin ⁡ A, (C b A c) (CT3) cos ⁡ c cos ⁡ A = детская кроватка ⁡ b sin ⁡ c - детская кроватка ⁡ B sin ⁡ A, (b A c B) (CT4) cos ⁡ c cos ⁡ B = детская кроватка ⁡ a sin ⁡ c - детская кроватка ⁡ A sin ⁡ B, (A c B a) (CT5) cos ⁡ a cos ⁡ B = детская кроватка ⁡ c sin ⁡ a - детская кроватка ⁡ C sin ⁡ B, (c B a C) (CT6) cos ⁡ a cos ⁡ C = c ot ⁡ b sin ⁡ a - кроватка ⁡ B sin ⁡ C, (B a C b). {\ Displaystyle {\ begin {array} {lll} {\ text {(CT1)}} \ quad \ cos b \, \ cos C = \ cot a \, \ sin b- \ cot A \, \ sin C, \ qquad (aCbA) \\ [0ex] {\ text {(CT2)}} \ cos b \, \ cos A = \ cot c \, \ sin b- \ cot C \, \ sin A, (CbAc) \\ [0ex] {\ text {(CT3)}} \ cos c \, \ cos A = \ cot b \, \ sin c- \ cot B \, \ sin A, (bAcB) \ \ [0ex] {\ text {(CT4)}} \ cos c \, \ cos B = \ cot a \, \ sin c- \ cot A \, \ sin B, (AcBa) \\ [0ex] {\ text {(CT5)}} \ cos a \, \ cos B = \ cot c \, \ sin a- \ cot C \, \ sin B, (cBaC) \\ [0ex] {\ text { (CT6)}} \ cos a \, \ cos C = \ cot b \, \ sin a- \ cot B \, \ sin C, (BaCb). \ End {array}}}\ begin {array} {lll} \ text {(CT1)} \ quad \ cos b \, \ cos C = \ cot a \, \ sin b - \ cot A \, \ sin C, \ qquad (aCbA) \\ [0ex] \ text {(CT2)} \ cos b \, \ cos A = \ cot c \, \ sin b - \ cot C \, \ sin A, (CbAc) \\ [0ex] \ text {(CT3)} \ cos c \, \ cos A = \ cot b \, \ sin c - \ cot B \, \ sin A, (bAcB) \\ [0ex] \ text {(CT4)} \ cos c \, \ cos B = \ cot a \, \ sin c - \ cot A \, \ sin B, (AcBa) \\ [0ex] \ text {(CT5)} \ cos a \, \ cos B = \ cot c \, \ sin a - \ cot C \, \ sin B, (cBaC) \\ [0ex] \ text {(CT6)} \ cos a \, \ cos C = \ cot b \, \ sin a - \ cot B \, \ sin C, (BaCb). \ end {array}

Чтобы доказать первую формула начинается с первых правил косинуса и в правой части заменяется на cos ⁡ c {\ displaystyle \ cos c}\cos cиз третьих правил косинуса:

cos ⁡ a = cos ⁡ b cos ⁡ c + sin ⁡ b sin ⁡ c cos ⁡ A = cos ⁡ b (cos ⁡ a cos ⁡ b + sin ⁡ a sin ⁡ b cos ⁡ C) + sin ⁡ b sin ⁡ C sin ⁡ детская кроватка ⁡ A cos ⁡ a sin 2 ⁡ b = cos ⁡ b sin ⁡ a sin ⁡ b cos ⁡ C + sin ⁡ b sin ⁡ C sin ⁡ детская кроватка ⁡ A. {\ Displaystyle {\ begin {выровнен} \ соз a = \ соз b \ соз с + \ b \ грех с \ A \\ = \ соз b \ (\ соз a \ соз b + \ грех а \ b \ cos C) + \ sin b \ sin C \ sin a \ cot A \\\ cos a \ sin ^ {2} b = \ cos b \ sin a \ sin b \ cos C + \ sin b \ sin C \ sin a \ cot A. \ end {align}}}\ begin {align} \ cos a = \ cos b \ cos c + \ sin b \ sin c \ cos A \\ = \ cos b \ (\ cos a \ cos b + \ sin a \ sin b \ cos C) + \ sin b \ sin C \ sin a \ cot A \\ \ cos a \ sin ^ 2 b = \ cos b \ sin a \ sin b \ cos C + \ sin b \ sin C \ sin a \ cot A. \ end {align }

Результат следует при делении на грех ⁡ грех ⁡ b {\ displaystyle \ sin a \ sin b}\ sin a \ sin b . Подобные методы с двумя другими косинуса дают CT3 и CT5. Остальные три уравнения следуют путем применения правил 1, 3 и 5 к полярному треугольнику.

Формулы половинного угла и половинной стороны

С 2 s = (a + b + c) {\ displaystyle 2s = (a + b + c)}2s = (a + b + c) и 2 S = (A + B + C) {\ displaystyle 2S = (A + B + C)}2S = (A + B + C) ,

грех ⁡ 1 2 A = [sin ⁡ (s - b) sin ⁡ (s - c) sin ⁡ b sin ⁡ c] 1/2 sin ⁡ 1 2 a = [- cos ⁡ S cos ⁡ (S - A) sin ⁡ B sin ⁡ C] 1/2 cos ⁡ 1 2 A = [sin ⁡ s sin ⁡ (s - a) sin ⁡ b sin ⁡ c] 1/2 cos ⁡ 1 2 a = [cos ⁡ (S - B) cos ⁡ (S - C) sin ⁡ B sin ⁡ C] 1/2 tan ⁡ 1 2 A = [sin ⁡ (s - b) sin ⁡ (s - c) sin ⁡ s sin ⁡ (s - a)] 1/2 tan ⁡ 1 2 a = [- cos ⁡ S cos ⁡ (S - A) соз ⁡ (S - B) соз ⁡ (S - C)] 1/2 {\ displaystyle {\ begin {align} \ sin {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} A = \ left [ {\ frac {\ sin (s {-} b) \ sin (s {-} c)} {\ sin b \ sin c}} \ right] ^ {1/2} \ qquad \ sin {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} a = \ left [{\ frac {- \ cos S \ cos (S {-} A)} {\ sin B \ sin C}} \ right] ^ {1 / 2} \\ [2ex] \ cos {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} A = \ left [{\ frac {\ sin s \ sin (s {-} a)} {\ sin b \ sin c}} \ справа] ^ {1/2} \ qquad \ cos {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} a = \ le ft [{\ frac {\ cos (S {-} B) \ cos ( S {-} C)} {\ sin B \ sin C}} \ right] ^ {1/2} \\ [2ex] \ tan {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} A = \ left [{\ frac {\ sin (s {-} b) \ sin (s {-} c)} {\ sin s \ sin (s {-} a)}} \ right] ^ {1/2} \ qquad \ tan {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} a = \ left [{\ frac {- \ cos S \ cos (S {-} A)} {\ cos (S {-} B) \ cos (S {-} C)}} \ right] ^ {1/2} \ end {align}}}\ begin {align} \ sin {\ textstyle \ frac {1} {2}} A = \ left [\ frac {\ sin (s {-} b) \ sin (s {-} c)} {\ sin b \ sin c} \ right] ^ { 1/2} \ qquad \ sin {\ textstyle \ frac {1} {2}} a = \ left [\ frac {- \ cos S \ cos (S {-} A)} {\ sin B \ sin C} \ right] ^ {1/2} \\ [2ex] \ cos {\ textstyle \ frac {1} {2}} A = \ left [\ frac {\ sin s \ sin (s {-} a)} {\ sin b \ sin c} \ right] ^ {1/2} \ qquad \ cos {\ textstyle \ frac {1} {2}} a = \ left [\ frac {\ cos (S { -} B) \ cos (S {-} C)} {\ sin B \ sin C} \ right] ^ {1/2} \\ [2ex] \ tan {\ textstyle \ frac {1} {2} } A = \ left [\ frac {\ sin (s {-} b) \ sin (s {-} c)} {\ sin s \ sin (s {-} a)} \ right] ^ {1/2 } \ qquad \ tan {\ textstyle \ frac {1} {2}} a = \ left [\ frac {- \ cos S \ cos (S {-} A)} {\ cos (S {-} B) \ cos (S {-} C)} \ right] ^ {1/2} \ end {align}

Еще двенадцать тождеств следуют циклической перестановке.

Доказательство (Тодхантер, статья 49) первой формулы начинается с тождества 2sin (A / 2) = 1 - cosA, используя правило косинуса для выражения A стороны через и заменяя сумму двух косинусов произведением. (См. тождества суммы-произведения.) Вторая формула начинается с тождества 2cos (A / 2) = 1 + cosA, третье является частным, а остаток путем применения результатов полярной треугольник.

Аналогии Деламбра (или Гаусса)

sin ⁡ 1 2 (A + B) cos ⁡ 1 2 C = cos ⁡ 1 2 (a - b) cos ⁡ 1 2 c sin ⁡ 1 2 (A - B) cos ⁡ 1 2 C = sin ⁡ 1 2 (a - b) sin ⁡ 1 2 c cos ⁡ 1 2 (A + B) sin ⁡ 1 2 C = cos ⁡ 1 2 (a + b) cos ⁡ 1 2 с соз ⁡ 1 2 (A - B) грех ⁡ 1 2 C = грех ⁡ 1 2 (a + b) грех ⁡ 1 2 c {\ displaystyle {\ begin {align} \\ {\ frac {\ sin { \ textstyle {\ frac {1} {2}}} (A {+} B)} {\ cos {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} C}} = {\ frac {\ cos {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} (a {-} b)} {\ cos {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} c}} \ qquad \ qquad {\ frac { \ sin {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} (A {-} B)} {\ cos {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} C}} = {\ frac {\ {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} (a {-} b)} {\ sin {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} c}} \\ [2ex] {\ гидроразрыва {\ соз {\ textstyle {\ гидроразрыва {1} {2}}} (A {+} B)} {\ sin {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} C}} = {\ гидроразрыва {\ cos {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} (a {+} b)} {\ cos {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} c}} \ qquad {\ frac {\ cos {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} (A {-} B)} {\ sin {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} C}} = {\ гидроразрыва {\ грех {\ textstyle {\ гидроразрыва {1} {2}}} (a {+} b)} {\ sin {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} c}} \ end {align}}} \begin{align} \\ \frac{\sin{\textstyle\frac{1}{2}}(A{+}B)} {\cos{\textstyle\frac{1}{2}}C} =\frac{\cos{\textstyle\frac{1}{2}}(a{-}b)} {\cos{\textstyle\frac{1}{2}}c} \qquad\qquad \frac{\sin{\textstyle\frac{1}{2}}(A{-}B)} {\cos{\textstyle\frac{1}{2}}C} =\frac{\sin{\textstyle\frac{1}{2}}(a{-}b)} {\sin{\textstyle\frac{1}{2}}c} \\[2ex] \frac{\cos{\textstyle\frac{1}{2}}(A{+}B)} {\sin{\textstyle\frac{1}{2}}C} =\frac{\cos{\textstyle\frac{1}{2}}(a{+}b)} {\cos{\textstyle\frac{1}{2}}c} \qquad \frac{\cos{\textstyle\frac{1}{2}}(A{-}B)} {\sin{\textstyle\frac{1}{2}}C} =\frac{\sin{\textstyle\frac{1}{2}}(a{+}b)} {\sin{\textstyle\frac{1}{2}}c} \end{align}

Еще восемь информационных следователей циклическая перестановка.

Доказано расширением числителей и формул половинного угла. (Тодхантер, статья 54 и Деламбр)

Аналогии Напьера

tan tan 1 2 (A + B) = cos ⁡ 1 2 (a - b) cos ⁡ 1 2 (a + b) cot ⁡ 1 2 C tan ⁡ 1 2 (a + b) = cos ⁡ 1 2 (A - B) cos ⁡ 1 2 (A + B) tan ⁡ 1 2 c tan ⁡ 1 2 (A - B) = sin ⁡ 1 2 ( a - b) sin ⁡ 1 2 (a + b) кроватка ⁡ 1 2 C tan ⁡ 1 2 (a - b) = sin ⁡ 1 2 (A - B) sin ⁡ 1 2 (A + B) tan ⁡ 1 2 с {\ displaystyle {\ begin {align} \\ [- 2ex] \ displaystyle {\ tan {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} (A {+} B)} = {\ frac {\ cos {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} (a {-} b)} {\ cos {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} (a {+} b)}} \ кроватка {\ textstyle {\ frac {1} {2}} C} \ qquad {\ tan {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} (a {+} b)} = {\ frac { \ соз {\ textstyle {\ гидроразрыва {1} {2}}} (A {-} B)} {\ cos {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} (A {+} B)}} \ tan {\ textstyle {\ frac {1} {2}} c} \\ [2ex] {\ tan {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} (A {-} B)} = {\ гидроразрыва {\ грех {\ textstyle {\ гидроразрыва {1} {2}}} (a {-} b)} {\ sin {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} (a {+} b) }} \ cot {\ textstyle {\ frac {1} {2}} C} \ qquad {\ tan {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} (a {-} b)} = {\ frac {\sin {\ text tyle {\ frac {1} {2}}} (A {-} B)} {\ sin {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} (A {+} B)}} \ tan {\ textstyle {\ frac {1} {2}} c} \ end {align}}}{\ displaystyle {\ begin {align} \\ [- 2ex] \ displaystyle {\ tan {\ textstyle {\ frac {1) } {2}}} (A {+} B)} = {\ frac {\ cos {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} (a {-} b)} {\ cos {\ textstyle { \ frac {1} {2}}} (a {+} b)}} \ cot {\ textstyle {\ frac {1} {2}} C} \ qquad {\ tan {\ textstyle {\ frac { 1} {2}}} (a {+} b)} = {\ frac {\ cos {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} (A {-} B)} {\ cos {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} (A {+} B)}} \ tan {\ textstyle {\ frac {1} {2}} c} \\ [2ex] {\ tan {\ textstyle {\ гидроразрыв {1} {2}}} (A {-} B)} = {\ frac {\ sin {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} (a {-} b)} {\ sin { \ textstyle {\ frac {1} {2}}} (a {+} b)}} \ cot {\ textstyle {\ frac {1} {2}} C} \ qquad {\ tan {\ textstyle { \ frac {1} {2}}} (a {-} b)} = {\ frac {\ sin {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} (A {-} B)} {\ sin {\ textstyle {\ frac {1} {2}}} (A {+} B)}} \ tan {\ textstyle {\ frac {1} {2}} c} \ end {align}}}

Еще восемь тождеств следуют циклической перестановке.

Эти идентичности следуют путем деления формул Деламбра. (Тодхантер, Статья 52)

Правила Напьера для прямоугольных сферических треугольников

Сферическая тригонометрия Napier right angled.svg

Когда один из углов, скажем C, сферического треугольника равенство π / 2, приведенные выше тождества значительно упрощаются. Существует десять тождеств, связывающих три элемента, выбранных из множества a, b, c, A, B.

Napier предоставил элегантную мнемоническую помощь для десяти различных уравнений: мнемоника называется круг Напьера или пятиугольник Напьера (когда круг на рисунке выше, справа, заменен пятиугольником).

Сначала напишите в круге шесть частей треугольника (три угла при вершине, три угла дуги для сторон): для треугольника, показанного выше слева, это дает aCbAcB. Затем замените части, не те, что есть A, c, B, их дополнениями, а затем удалите угол C из списка. Остальные части показаны на рисунке выше (справа). При выборе из двух других частей одна (средняя) будет с другой частью другой другой другой частям. Десять правил Напье задаются следующим образом:

  • синус средней части = произведение касательных соседних частей
  • синус средней части = произведение косинусов противоположных частей

Например, начиная с сектора, содержащего a {\ displaystyle a}a , мы имеем:

sin ⁡ a = tan ⁡ (π / 2 - B) tan ⁡ b = cos ⁡ (π / 2 - c) cos ⁡ (π / 2 - A) = детская кроватка ⁡ B загар ⁡ b = грех ⁡ c грех ⁡ A. {\ Displaystyle \ грех а = \ загар (\ пи / 2 {-} В) \, \ загар b = \ соз (\ пи / 2 {-} с) \, \ соз (\ пи / 2 {-} А) = \ cot B \, \ tan b = \ sin c \, \ sin A.}\ sin a = \ tan (\ pi / 2 {-} B) \, \ tan b = \ cos (\ pi / 2 {-} c) \, \ cos (\ pi / 2 {- } A) = \ кроватка B \, \ tan b = \ sin c \, \ sin A.

Полный набор правил правильного сферического треугольника (Тодхантер, статья 62)

(R1) cos ⁡ c = cos ⁡ a cos ⁡ b, (R6) tan ⁡ b = cos ⁡ A tan ⁡ c, (R2) sin ⁡ a = sin ⁡ A sin ⁡ c, (R7) tan ⁡ a = cos ⁡ B tan ⁡ c, (R3) sin ⁡ b = sin ⁡ B sin ⁡ c, (R8) cos ⁡ A = sin ⁡ B cos ⁡ a, (R4) tan ⁡ a = tan ⁡ A sin ⁡ b, (R9) cos ⁡ B = sin ⁡ A cos ⁡ b, (R5) tan ⁡ b = tan ⁡ B sin ⁡ a, (R10) cos ⁡ c = детская кроватка ⁡ Детская кроватка ⁡ B. {\ displaystyl e {\ begin {alignat} {4} {\ text {(R1)}} \ qquad \ cos c = \ cos a \, \ cos b, \ qquad \ qquad {\ text {(R6) }} \ qquad \ tan b = \ cos A \, \ tan c, \\ {\ text {(R2)}} \ sin a = \ sin A \, \ sin c, {\ text {(R7)}} \ tan a = \ cos B \, \ tan c, \\ {\ text {(R3)}} \ sin b = \ sin B \, \ sin c, { \ text {(R8)}} \ cos A = \ sin B \, \ cos a, \\ {\ text {(R4)}} \ tan a = \ tan A \, \ sin b, {\ text {(R9)}} \ cos B = \ sin A \, \ cos b, \\ {\ text {(R5)}} \ tan b = \ tan B \, \ sin a, {\ text {(R10)}} \ cos c = \ cot A \, \ cot B. \ end {alignat}}}{\displaystyle {\begin{alignedat}{4}{\text{(R1)}}\qquad \cos c=\cos a\,\cos b,\qquad \qquad {\text{(R6)}}\qquad \tan b=\cos A\,\tan c,\\{\text{(R2)}}\sin a=\sin A\,\sin c,{\text{(R7)}}\tan a=\cos B\,\tan c,\\{\text{(R3)}}\sin b=\sin B\,\sin c,{\text{(R8)}}\cos A=\sin B\,\cos a,\\{\text{(R4)}}\tan a=\tan A\,\sin b,{\text{(R9)}}\cos B=\sin A\,\cos b,\\{\text{(R5)}}\tan b=\tan B\,\sin a,{\text{(R10)}}\cos c=\cot A\,\cot B.\end{alignedat}}}

Правила Непьера для квадрантных треугольников

Квадрантный сферический треугольник вместе с кругом Напье для использования в его мнемонике

Квадрантный сферический треугольник определяет как сферический треугольник, в котором одна из сторон образует угол π / 2 радиана в центре сферы: на единичной сфере имеет длину π / 2. В случае, если сторона c имеет длинна у π / 2 на единичной сфере могут быть получены уравнения, определяющие оставшиеся стороны и углы, путем применения правил для прямоугольного сферического треугольника из предыдущего раздела к полярному треугольнику A'B'C 'со стороны a', b ', c' такими, что A '= π - a, a' = π - A и т. д. Результаты следующие:

(Q1) cos ⁡ C = - cos ⁡ A cos ⁡ B, (Q6) tan ⁡ B = - cos ⁡ a tan ⁡ C, (Q2) sin ⁡ A = sin ⁡ a sin ⁡ C, (Q7) tan ⁡ A = - cos ⁡ b tan ⁡ C, (Q3) sin ⁡ B = sin ⁡ b sin ⁡ C, (Q8) cos ⁡ a = sin ⁡ b cos ⁡ A, (Q4) tan ⁡ A = tan ⁡ a sin ⁡ B, (Q9) cos ⁡ b = sin ⁡ a cos ⁡ B, (Q5) tan ⁡ B = tan ⁡ b sin ⁡ A, (Q10) cos ⁡ C = - детская кроватка ⁡ детская кроватка ⁡ b. {\ displaystyle {\ begin {alignat} {4} {\ text {(Q1)}} \ qquad \ cos C = - \ cos A \, \ cos B, \ qquad \ qquad {\ text { (Q6)}} \ qquad \ tan B = - \ cos a \, \ tan C, \\ {\ text {(Q2)}} \ sin A = \ sin a \, \ sin C, {\ text {(Q7)}} \ tan A = - \ cos b \, \ tan C, \\ {\ text {(Q3)}} \ sin B = \ sin b \, \ sin C, {\ text {(Q8)}} \ cos a = \ sin b \, \ cos A, \\ {\ text {(Q4)}} \ tan A = \ tan a \, \ sin B, {\ text {(Q9)}} \ cos b = \ sin a \, \ cos B, \\ {\ text {(Q5)}} \ tan B = \ tan b \, \ sin A, {\ text {(Q10)}} \ cos C = - \ cot a \, \ cot b. \ end {alignat}}{\ displaystyle {\ begin {alignat} {4} {\ text {(Q1)}} \ qquad \ cos C = - \ cos A \, \ cos B, \ qquad \ qquad {\ text {(Q6)}} \ qquad \ tan B = - \ cos a \, \ tan C, \ \ {\ text {(Q2)}} \ sin A = \ sin a \, \ sin C, {\ text {(Q7)}} \ tan A = - \ cos b \, \ tan C, \\ {\ text {(Q3)}} \ sin B = \ sin b \, \ sin C, {\ text {(Q8)}} \ cos a = \ sin b \, \ cos A, \\ {\ text {(Q4)}} \ tan A = \ tan a \, \ sin B, {\ text {(Q9)}} \ cos b = \ sin a \, \ cos B, \\ {\ text {(Q5)}} \ tan B = \ tan b \, \ sin A, {\ text {(Q10)}} \ cos C = - \ cot a \, \ cot b. \ end {alignat}}}

Правила из пяти частей

Подстановка второго правила косинуса в первое и упрощение дает:

соз ⁡ a = (соз ⁡ a соз ⁡ c + грех ⁡ грех ⁡ c соз ⁡ B) соз ⁡ c грех ⁡ b sin ⁡ c соз ⁡ A {\ displaystyle \ cos a = (\ cos a \, \ cos c + \ sin a \, \ sin c \, \ cos B) \ cos c + \ sin b \, \ sin c \, \ cos A}\ cos a = (\ cos a \, \ cos c + \ sin a \, \ sin c \, \ cos B) \ cos c + \ sin b \, \ sin с \, \ соз A
cos ⁡ a sin 2 ⁡ c знак равно грех ⁡ a соз ⁡ с грех ⁡ с соз ⁡ В + грех ⁡ б грех ⁡ с соз ⁡ A {\ Displaystyle \ соз а \, \ грех ^ {2} с = \ грех а \, \ соз с \, \ sin c \, \ cos B + \ sin b \, \ sin c \, \ cos A}\ cos a \, \ sin ^ 2 c = \ sin a \, \ cos c \, \ sin c \, \ cos B + \ sin b \, \ sin c \, \ cos A

Отмена коэффициента sin ⁡ c {\ displaystyle \ sin c}\ sin c дает

cos ⁡ a sin ⁡ c = sin ⁡ a cos ⁡ c cos ⁡ B + sin ⁡ b cos ⁡ A {\ displaystyle \ cos a \ sin c = \ sin a \, \ cos c \, \ cos B + \ sin b \, \ cos A}\ cos a \ sin c = \ sin a \, \ cos c \, \ cos B + \ sin b \, \ cos A

Подобные замены в других формулах косинуса и дополнительных косинусов дают большое разнообразие правил из 5 частей. Они используются редко.

Решение треугольников

Наклонные треугольники

Решение треугольников - основная цель сферической тригонометрии: по трем, четырем или пяти элементам треугольника определить остальные. Случай пяти заданных элементов тривиален и требует только однократного применения синуса. Для четырех данных элементов существует один нетривиальный случай, который обсуждается ниже. Для трех элементов две стороны, входящей или противоположный угол, два угла и входящая или противоположная сторона, или три угла. (Последний случай не имеет аналога в плоской тригонометрии.) Ни один метод не решает все случаи. На рисунке ниже показано семь нетривиальных случаев: в каждом случае заданные стороны отмечены перекладиной, а заданные углы - дугой. (Данные элементы также под треугольником). В таких сводных обозначениях здесь, как ASA, A относится к заднему треугольнику, а S относится к заданной стороне.

Сферический тригонометрический треугольник case.svg
  • Случай 1: заданы три стороны (SSS). Правило косинуса может приветствовать углов A, B и C, но, чтобы избежать неоднозначности, предпочтительны формулы половинного угла.
  • Случай 2: заданы две стороны и задан угол наклона (SAS). Правило косинуса дает значение, а затем мы возвращаемся к случаю 1.
  • Случай 3: заданы две стороны и задан противоположный угол (SSA). Правило синуса дает C, и тогда у нас есть случай 7. Возможны одно или два решения.
  • Случай 4: заданы два угла и включенная сторона (ASA). Четырехчастные формулы котангенса для множеств (cBaC) и (BaCb) дают c и b, тогда A следует из правил синуса.
  • Случай 5: заданы два угла и противоположная сторона (AAS). Правило синуса дает b, а затем мы имеем Случай 7 (повернутый). Возможны одно или два решения.
  • Случай 6: заданы три угла (AAA). Можно использовать правило дополнительного косинуса для определения сторон a, b и c, но, чтобы избежать неоднозначности, половину боковые предпочтения формулы.
  • Случай 7: даны два угла и две противоположные стороны (SSAA). Используйте аналогии Нэпьера для a и A; либо використововать вариант 3 (SSA) или случай 5 (AAS).

Перечисленные здесь методы решения - не возможные варианты: возможны многие другие. В общем, лучше выбирать методы, избегающие использования обратного синуса из-за возможной двусмысленности между углом и его дополнением. Часто рекомендуется использовать формулы половинного угла, поскольку полураглы будут меньше π / 2, следовательно, свободны от двусмысленности. В Todhunter есть полноценное обсуждение. В статье Решение треугольников # Решение сферических треугольников представлены варианты этих методов с несколькими другими обозначениями.

Существует полное обсуждение решений наклонных треугольников в Todhunter. См. Также обсуждение в Росс.

Построение решения сферической тригонометрии.svg

Решение с помощью прямоугольных треугольников

Другой подход состоит в том, чтобы разделить треугольник на два прямоугольных треугольника. Например, возьмем пример случая 3, где указаны b, c, B. Постройте большой круг из точки A, перпендикулярный стороне BC в точке D. Используйте правила Напьера, чтобы решить треугольник ABD: используйте c и B, чтобы найти стороны AD, BD и угол ПЛОХО. Затем используйте правила Напьера, чтобы решить треугольник ACD: чтобы найти сторону DC и углы C и DAC, используйте AD и b, чтобы найти сторону DC и углы C и DAC. Угол A и сторона a складываются.

Численные соображения

Не все полученные правила устойчиво устойчиво в крайних случаях, например, когда угол приближается к нулю или π. Проблемы и решения, возможно, придется изучить, особенно при написании кода для решения произвольного треугольника.

Площадь и сферическое превышение

Рассмотрим N-сторонний сферический многоугольник и пусть A n обозначает n-й внутренний угол. Площадь такого многоугольника определяется выражением (Тодхантер, Статья 99)

Площадь многоугольника (на единичной сфере) ≡ E N = (∑ n = 1 N A n) - (N - 2) π. {\ displaystyle {\ text {Площадь многоугольника (на единичной сфере)}} \ Equiv E_ {N} = \ left (\ sum _ {n = 1} ^ {N} A_ {n} \ right) - (N -2) \ pi.}{\ displaystyle {\ text {Площадь многоугольника (на единичной сфере)}} \ Equiv E_ {N} = \ left (\ sum _ {n = 1} ^ {N} A_ {n} \ right) - (N-2) \ pi.}

В случае треугольника это уменьшается до

Площадь треугольника (на единичной сфере) ≡ E = E 3 = A + B + C - π, {\ displaystyle {\ text {Площадь треугольника (на единичной сфере) сфере)}} \ Equiv E = E_ {3} = A + B + C- \ pi,}\ text {Площадь треугольника (на единичной сфере) } \ Equiv E = E_3 = A + B + C - \ pi,

где E - величина, на которую сумма углов превышает π радиан. Величина E называется сферический избытком треугольника. Эта теорема названа в честь ее автора, Альберта Жирара. Более раннее доказательство было получено, но не опубликовано английским математиком Томасом Харриотом. На сфере радиуса R оба приведенных выше выражения площади умножаются на R. Определение превышения не зависит от радиуса сферы.

Обратный результат может быть записан как

A + B + C = π + 4 π × Площадь треугольника Площадь сферы. {\ displaystyle \ displaystyle A + B + C = \ pi + {\ frac {4 \ pi \ times {\ text {Площадь треугольника}}} {\ text {Площадь сферы}}}.}\ displaystyle A + B + C = \ pi + \ frac {4 \ pi \ times \ text {Площадь треугольника}} {\ text {Площадь сферы}}.

Временная площадь треугольника не может быть отрицательной, сферический избыток всегда положителен. Это не обязательно мало, потому что сумма углов может достигать 5π (3π для собственных углов). Например, октант сферы представляет собой сферический треугольник с тремя прямыми углами, так что избыток равен π / 2. В практических приложениях он часто невелик: например, треугольники геодезической обработки обычно имеют сферический избыток, намного меньший, чем 1 'дуги. (Рэпп Кларк, Теорема Лежандра о сферических треугольниках ). На превышение равностороннего треугольника со стороны 21,3 км (и площадью 393 км) составляет примерно 1 угловую секунду.

Есть много формул для избытка. Например, Тодхантер (статьи 101–103) приводит примеры примеров, включая пример L'Huilier :

tan ⁡ 1 4 E = tan ⁡ 1 2 s tan ⁡ 1 2 (s - a) tan ⁡ 1 2 (s - б) загар ⁡ 1 2 (s - c) {\ displaystyle \ tan {\ tfrac {1} {4}} E = {\ sqrt {\ tan {\ tfrac {1} {2}} s \, \ tan {\ tfrac {1} {2}} (s {-} a) \, \ tan {\ tfrac {1} {2}} (s {-} b) \, \ tan {\ tfrac {1} {2 }} (s {-} c)}}}{\ displaystyle \ tan {\ tfrac {1} {4}} E = {\ sqrt { \ tan {\ tfrac {1} {2}} s \, \ tan {\ tfrac {1} {2}} (s {-} a) \, \ tan {\ tfrac {1} {2}} (s {-} b) \, \ tan {\ tfrac {1} {2}} (s {-} c)}}}

где s = (a + b + c) / 2 {\ displaystyle s = (a + b + c) / 2}s = (a + b + c) / 2 . Некоторые треугольники плохо описываются своими краями (например, если a = b ≈ 1 2 c {\ displaystyle a = b \ приблизительно {\ frac {1} {2}} c}a = b \ приблизительно \ frac12c ), он Часто лучше использовать формулу для превышения двух ребер и их угла

tan ⁡ E 2 = tan ⁡ 1 2 a tan ⁡ 1 2 b sin ⁡ C 1 + tan ⁡ 1 2 a tan ⁡ 1 2 b cos ⁡ C. {\ displaystyle \ tan {\ frac {E} {2}} = {\ frac {\ tan {\ frac {1} {2}} a \ tan {\ frac {1} {2}} b \ sin C} {1+ \ tan {\ frac {1} {2}} a \ tan {\ frac {1} {2}} b \ cos C}}.}\ tan \ frac E2 = \ frac {\ t an\frac12a\tan\frac12b\sin C}{1 + \tan\frac12a\tan\frac12b\cos C}.

Пример сферического четырехугольника, ограниченного отрезком большой круг, два меридиана и экватор

tan ⁡ E 4 2 = sin ⁡ 1 2 (ϕ 2 + ϕ 1) cos ⁡ 1 2 (ϕ 2 - ϕ 1) tan ⁡ λ 2 - λ 1 2. {\ displaystyle \ tan {\ frac {E_ {4}} {2}} = {\ frac {\ sin {\ frac {1} {2}} (\ phi _ {2} + \ phi _ {1}) } {\ cos {\ frac {1} {2}} (\ phi _ {2} - \ phi _ {1})}} \ tan {\ frac {\ lambda _ {2} - \ lambda _ {1} } {2}}.}\ tan \ frac {E_4} {2} = \ frac {\ sin \ frac12 (\ phi_2 + \ phi_1)} {\ cos \ frac12 (\ phi_2 - \ phi_1)} \ tan \ frac {\ lambda_2 - \ lambda_1} 2.

где ϕ, λ {\ displaystyle \ phi, \ lambda}\ phi, \ lamb da обозначают широту и долготу. Этот результат получается из одной из аналогий Напьера. В пределе, где ϕ 1, ϕ 2, λ 2 - λ 1 {\ displaystyle \ phi _ {1}, \ phi _ {2}, \ lambda _ {2} - \ lambda _ {1}}\ phi_1, \ phi_2, \ lambda_2- \ lambda_1 все маленькие, это сводится к знакомой трапециевидной площади, E 4 ≈ 1 2 (ϕ 2 + ϕ 1) (λ 2 - λ 1) {\ displaystyle E_ {4} \ приблизительно {\ frac {1} {2}} (\ phi _ {2} + \ phi _ {1}) (\ lambda _ {2} - \ lambda _ {1})}E_4 \ приблизительно \ frac12 (\ phi_2 + \ phi_1) (\ lambda_2 - \ lambda_1) .

Угловой дефицит определяется аналогично для гиперболической геометрии.

См. также

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-09 02:36:53
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте