Sférická trigonometrie v matematické geografii a astronomii



Podobné dokumenty
Teorie sférické trigonometrie

Obr. 4 Změna deklinace a vzdálenosti Země od Slunce v průběhu roku

Jiří Cajthaml. ČVUT v Praze, katedra geomatiky. zimní semestr 2014/2015

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Seriál VII.IV Astronomické souřadnice

Projekty - Vybrané kapitoly z matematické fyziky

Různostranný (obecný) žádné dvě strany nejsou stějně dlouhé. Rovnoramenný dvě strany (ramena) jsou stejně dlouhé, třetí strana je základna

Obsah. 1 Sférická astronomie Základní problémy sférické astronomie... 8

PLANIMETRIE úvodní pojmy

β 180 α úhel ve stupních β úhel v radiánech β = GONIOMETRIE = = 7π 6 5π 6 3 3π 2 π 11π 6 Velikost úhlu v obloukové a stupňové míře: Stupňová míra:

FAKULTA STAVEBNÍ VUT V BRNĚ PŘIJÍMACÍ ŘÍZENÍ PRO AKADEMICKÝ ROK

A[a 1 ; a 2 ; a 3 ] souřadnice bodu A v kartézské soustavě souřadnic O xyz

MASARYKOVA UNIVERZITA PEDAGOGICKÁ FAKULTA KATEDRA GEOGRAFIE. Planetární geografie seminář

3.2. ANALYTICKÁ GEOMETRIE ROVINY

February 05, Čtyřúhelníky lichoběžníky.notebook. 1. Vzdělávací oblast: Matematika a její aplikace

od zadaného bodu, vzdálenost. Bod je střed, je poloměr kružnice. Délka spojnice dvou bodů kružnice, která prochází středem

Kapitola 5. Seznámíme se ze základními vlastnostmi elipsy, hyperboly a paraboly, které

Trojúhelníky. a jejich různé středy. Součet vnitřních úhlů trojúhelníku = 180 neboli π radiánů.

základy astronomie 1 praktikum 3. Astronomické souřadnice

Astronomická pozorování

Odchylka ekliptiky od roviny Galaxie

REKONSTRUKCE ASTROLÁBU POMOCÍ STEREOGRAFICKÉ PROJEKCE

Variace Goniometrie a trigonometrie pro studijní obory

Matematická kartografie. Černý J., Kočandrlová M.: Konstruktivní geometrie, ČVUT. Referenční plochy

Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

Referenční plochy a souřadnice na těchto plochách Zeměpisné, pravoúhlé, polární a kartografické souřadnice

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

CVIČNÝ TEST 49. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Tomáš Kotler. II. Autorské řešení 5 III. Klíč 13 IV. Záznamový list 15

Syntetická geometrie I

1. Přímka a její části

Hvězdářský zeměpis Obloha a hvězdná obloha

Analytická geometrie lineárních útvarů

4. Matematická kartografie

TROJÚHELNÍK 180. Definice. C neleží v přímce. Potom trojúhelníkem ABC nazveme průnik polorovin ABC, BCA, Nechť body. Viz příloha: obecny_trojuhelnik

9. Je-li cos 2x = 0,5, x 0, π, pak tgx = a) 3. b) 1. c) neexistuje d) a) x ( 4, 4) b) x = 4 c) x R d) x < 4. e) 3 3 b

MANUÁL K ŘEŠENÍ TESTOVÝCH ÚLOH

Trojúhelník a čtyřúhelník výpočet jejich obsahu, konstrukční úlohy

0 x 12. x 12. strana Mongeovo promítání - polohové úlohy.

M - Příprava na 3. čtvrtletní písemnou práci

Filip Hroch. Astronomické pozorování. Filip Hroch. Výpočet polohy planety. Drahové elementy. Soustava souřadnic. Pohyb po elipse

Trojúhelník - určují tři body které neleţí na jedné přímce. Trojúhelník je rovněţ moţno povaţovat za průnik tří polorovin nebo tří konvexních úhlů.

GEODETICKÉ VÝPOČTY I.

KRUŽNICE, KRUH, KULOVÁ PLOCHA, KOULE

Pracovní listy MONGEOVO PROMÍTÁNÍ

X = A + tu. Obr x = a 1 + tu 1 y = a 2 + tu 2, t R, y = kx + q, k, q R (6.1)

1.2 Sluneční hodiny příklad z techniky prostředí

Kružnice, úhly příslušné k oblouku kružnice

- shodnost trojúhelníků. Věta SSS: Věta SUS: Věta USU:

Jednoduchá zobrazení. Podpořeno z projektu FRVŠ 584/2011.

GONIOMETRIE A TRIGONOMETRIE

Eudoxovy modely. Apollónios (225 př. Kr.) ukázal, že oba přístupy jsou při aplikaci na Slunce ekvivalentní. Deferent, epicykl a excentr

Shodná zobrazení. bodu B ležet na na zobrazené množině b. Proto otočíme kružnici b kolem

5. P L A N I M E T R I E

AB = 3 CB B A = 3 (B C) C = 1 (4B A) C = 4; k ]

AXONOMETRIE. Rozměry ve směru os (souřadnice bodů) jsou násobkem příslušné jednotky.

Syntetická geometrie I

Praktikum z astronomie 0. Měření refrakce. Zadání

Kapitola 2. o a paprsek sil lze ztotožnit s osou x (obr.2.1). sil a velikost rovnou algebraickému součtu sil podle vztahu R = F i, (2.

OBSAH 1 Úvod Fyzikální charakteristiky Zem Referen ní plochy a soustavy... 21

Svobodná chebská škola, základní škola a gymnázium s.r.o. Trojúhelník III. konstrukce trojúhelníku. Astaloš Dušan. frontální, fixační

Užití stejnolehlosti v konstrukčních úlohách

6. ANALYTICKÁ GEOMETRIE

ZÁKLADNÍ PLANIMETRICKÉ POJMY

c) nelze-li rovnici upravit na stejný základ, logaritmujeme obě strany rovnice

Srovnání konformních kartografických zobrazení pro zvolené

17 Kuželosečky a přímky

1.1 Oslunění vnitřního prostoru

SOUŘADNICE BODU, VZDÁLENOST BODŮ

Jiří Cajthaml. ČVUT v Praze, katedra geomatiky. zimní semestr 2014/2015

Astronomie jednoduchými prostředky. Miroslav Jagelka

Výukový materiál zpracovaný v rámci projektu Výuka moderně Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/

11. VEKTOROVÁ ALGEBRA A ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ

SINOVÁ A KOSINOVÁ VĚTA VZORCE PRO OBSAH TROJÚHELNÍKU

PRACOVNÍ SEŠIT PLANIMETRIE. 6. tematický okruh: Připrav se na státní maturitní zkoušku z MATEMATIKY důkladně, z pohodlí domova a online.

10. Analytická geometrie kuželoseček 1 bod

3. ÚVOD DO ANALYTICKÉ GEOMETRIE 3.1. ANALYTICKÁ GEOMETRIE PŘÍMKY

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Gymnázium Christiana Dopplera, Zborovská 45, Praha 5. Kartografické projekce

Planeta Země. Pohyby Země a jejich důsledky

MATEMATIKA. Problémy a úlohy, v nichž podrobujeme geometrický objekt nějaké transformaci

Základní jednotky v astronomii

Výpočet vzdálenosti Země Slunce pozorováním přechodu Venuše před Sluncem

Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity. na trigonometrii pravoúhlého a obecného trojúhelníku

Omezíme se jen na lomené čáry, jejichž nesousední strany nemají společný bod. Jestliže A 0 = A n (pro n 2), nazývá se lomená čára uzavřená.

KONSTRUKTIVNÍ GEOMETRIE

SPŠ STAVEBNÍ České Budějovice MAPOVÁNÍ. JS pro 2. ročník S2G 1. ročník G1Z

Mgr. Tomáš Kotler. I. Cvičný test 2 II. Autorské řešení 7 III. Klíč 15 IV. Záznamový list 17

PLANIMETRIE. Mgr. Zora Hauptová TROJÚHELNÍK VY_32_INOVACE_MA_1_04

SYLABUS 9. PŘEDNÁŠKY Z INŢENÝRSKÉ GEODÉZIE

Syntetická geometrie I

11. VEKTOROVÁ ALGEBRA A ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ. u. v = u v + u v. Umět ho aplikovat při

MAPY VELKÉHO A STŘEDNÍHO MĚŘÍTKA

GEODETICKÁ ASTRONOMIE A KOSMICKÁ GEODEZIE I

Modelové úlohy přijímacího testu z matematiky

6 Planimetrie. 6.1 Trojúhelník. body A, B, C vrcholy trojúhelníku. vnitřní úhly BAC = α, ABC = β, BCA = γ. konvexní (menší než 180º)

Předmět: Ročník: Vytvořil: Datum: MATEMATIKA DRUHÝ MGR. JÜTTNEROVÁ Název zpracovaného celku: PODOBNOST A STEJNOLEHLOST PODOBNOST

Kótované promítání. Úvod. Zobrazení bodu

CVIČNÝ TEST 35. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Tomáš Kotler. II. Autorské řešení 6 III. Klíč 15 IV. Záznamový list 17

Trojúhelník. MATEMATIKA pro 1. ročníky tříletých učebních oborů. Ing. Miroslav Čapek srpen 2011

Několik úloh z geometrie jednoduchých těles

Transkript:

Sférická trigonometrie v matematické geografii a astronomii Mgr. Hana Lakomá, Ph.D., Mgr. Veronika Douchová 00 Tento učební materiál vznikl v rámci grantu FRVŠ F1 066. 1

Základní pojmy sférické trigonometrie Sférický úhel α odchylka dvou rovin, ve kterých leží hlavní kružnice sféry. Na obr.1 je α odchylka rovin UAT a UBT. Sférický dvojúhelník - je část kulové plochy ohraničená dvěma hlavními polokružnicemi. Body T, U se nazývají vrcholy, polokružnice k 1 a k jsou strany a úhel dvojúhelníku je sférický úhel α, obr. 1. Sférický trojúhelník je menší část kulové plochy ohraničená oblouky tří hlavních kružnic. - má tři strany AB = c, BC = a, CA = b, tři vrcholy A, B, C a tři úhly α, β, γ, obr... - strany a, b, c sférického trojúhelníku ABC jsou velikosti úhlů BSC, ASC, ASB v míře stupňové nebo obloukové. Úhly α, β, γ sférického trojúhelníku ABC jsou sférické úhly, které svírají příslušné oblouky hlavních kružnic AB, AC; BC, BA; CA, CB. Úhly také vyjadřujeme v míře stupňové nebo obloukové. Obr.1 Obr. Vlastnosti sférického trojúhelníku a) a, b, c, α, β, γ œ (0,180 ) b) Součet libovolných dvou stran je větší než strana třetí. c) Proti stejným stranám leží stejné úhly, proti větší straně leží větší úhel. d) Součet všech stran je menší než 360, tj. a + b + c < 360. e) Součet všech úhlů je větší než 180 a menší než 540, tj. 180 < α + β + γ < 540. f) Rozdíl mezi součtem všech úhlů sférického trojúhelníku a úhlem přímým se nazývá exces sférického trojúhelníku (nadbytek), značí se ε, tj. ε = α + β + γ 180.

Určení sférického trojúhelníku Pro sférický trojúhelník ABC platí následující věty: Sinová věta (SV): sinα:sinβ:sinγ = sina:sinb:sinc 1. kosinová věta (1KV): cosa = cosb cosc + sinb sinc cosα (CZ). kosinová věta (KV): cosα = -cosβ cosγ + sinβ sinγ cosa (CZ) 1. sinuskosinová věta (1SKV): sina cosβ = cosb sinc sinb cosc cos α (CZ). sinuskosinová věta (SKV): sinα cosb = cosβ sinγ + sinβ cosγ cos a (CZ) Neperovy vzorce (NV): a + b tan = cos[( α β ) / cos[( α + β ) / ] tan ] c (CZ) α + β cos[( a b) / ] γ tan = cot cos[( a + b) / ] (CZ) Dané prvky Možný postup řešení Počet řešení a, b, c (SSS) 1KV; 1KV nebo 1SKV 1 dvě strany a úhel jimi sevřený (SUS) 1KV; 1KV nebo 1SKV 1 strana a úhly k ní přilehlé (USU) KV; KV nebo SKV 1 α, β, γ (UUU) KV; KV nebo SKV 1 dvě strany a úhel proti jedné z nich (SsU) SV; NV 0, 1 nebo dva úhly a strana proti jednomu z nich (UuS) SV; NV 0, 1 nebo 3

MATEMATICKÁ GEOGRAFIE Základní pojmy Ortodroma část menšího oblouku hlavní kružnice na sféře procházející dvěma danými body A, B. Azimut A ortodromy v bodě X je orientovaný úhel, který v bodě X svírá oblouk ortodromy s poledníkem. Měří se od severního směru ve smyslu pohybu hodinových ručiček, A <0,360 > (V navigaci se nazývá kurz letu či plavby). Sférická vzdálenost dvou bodů A, B na sféře - je délka ortodromy procházejících body A, B. Sférická vzdálenost f je menší než délka oblouku jiné kružnice na sféře omezeného body A, B. Je-li r poloměr sféry na obr. 1, potom přímou vzdálenost d bodů A, B vyjádříme z pravoúhlého trojúhelníku AQS a sférickou vzdálenost f z kruhové výseče ABS na obr. 3 takto: α sin = d / r, tj. α d = r sin a f = r. arcα. Obr. 3 Sférický trojúhelník užívaný pro určení ortodromy Přepokládejme, že jsou dána dvě místa M, N na Zemi svými zeměpisnými souřadnicemi M=(ϕ M,λ M ), N=(ϕ N, λ N ). Pro určení úhlu ω ortodromy mezi body M, N a azimutů A M, A N této ortodromy v bodech M, N je možno využít vztahů ve sférickém trojúhelníku P S MN. Z obr. 4 je patrné, že trojúhelník P S MN je jednoznačně určený dvěma stranami 90 -ϕ M, 90 -ϕ N a úhlem jimi sevřeným λ= λ N -λ M (SUS). Obr.4 4

ASTRONOMICKÉ SOUŘADNICE A JEJICH TRANSFORMACE Základní pojmy Nebeská sféra - myšlená sféra nekonečného poloměru, v jejímž středu je Země a na kterou ze středu Země promítáme polohu nebeských těles. Úhlová vzdálenost tělesa od roviny hlavní kružnice - úhel, který svírá směr od Země k tělesu s danou rovinou hlavní kružnice. Měří se po hlavní kružnici nebeské sféry ležící v rovině kolmé na rovinu danou. ---------- Obzorník (horizont) - hlavní kružnice, ve které nebeskou sféru protíná rovina kolmá na směr tíže. Zenit Z, nadir N - průsečíky nebeské sféry s přímkou směru tíže procházející středem nebeské sféry. Výšková kružnice - hlavní kružnice nebeské sféry, která prochází zenitem a nadirem (je kolmá na obzorníkovou rovinu). ---------- Světový rovník - hlavní kružnice, která je průnikem roviny zemského rovníku s nebeskou sférou. Světové póly P S, P J - průsečíky zemské osy s nebeskou sférou. Deklinační kružnice - hlavní kružnice nebeské sféry, která prochází světovými póly (je kolmá na rovinu světového rovníku). Jarní bod γ - středový průmět Slunce na nebeskou sféru při jarní rovnodennosti, tj. 0. - 1. března; je zhruba na deklinační kružnici Cassiopeii a Pegasa. Kolur rovnodennosti - deklinační kružnice, procházející body rovnodennosti, tj. jarním γ a podzimním Φ bodem. ---------- Místní nebeský poledník (meridián) hlavní kružnice nebeské sféry procházející jižním bodem J (leží na obzorníku), světovými póly a zenitem a nadirem. ---------- Ekliptika - středový průmět oběžné dráhy Země okolo Slunce na nebeskou sféru. Svírá se světovým rovníkem úhel ε = 3 7 04. Póly ekliptiky P e, P e - průsečíky přímky procházející středem nebeské sféry kolmo k ekliptice. Astronomické souřadnice Astronomické souřadnice určují polohu těles na nebeské sféře dvěma sférickými souřadnicemi obdobně, jako se určuje poloha místa na zeměkouli zeměpisnou délkou a šířkou. V astronomii se používá několik souřadných systémů. 5

1. Obzorníkové souřadnice: a, h nebo z [ ] ( obr. 5) Soustava obzorníkových souřadnic tvoří síť pevně spojenou s obzorníkem. Závisí na směru tíže v pozorovacím místě M (do bodu M umisťujeme celou Zemi). Základními rovinami jsou rovina obzorníku a rovina místního nebeského poledníku. Souřadnice určující polohu tělesa H na nebeské sféře se nazývají azimut a výška tělesa nad obzorem, případně zenitová vzdálenost. Azimut a je úhel, který svírá polorovina ZNH výškové kružnice procházející tělesem H s polorovinou ZNJ místního nebeského poledníku. Počítá se od jižního bodu J (a=0 ) přes západ Z (a=90 ), sever S (a=180 ) na východ V (a=70 ). Výška h udává úhlovou vzdálenost tělesa H od obzorníku. Nabývá hodnot od -90 (nadir) do 90 (zenit). Zenitová vzdálenost z je doplněk výšky h do 90. Obr. 5 Obr. 6 a. Rovníkové souřadnice (místní): t[ h ], δ[ ] (obr. 6) Soustava rovníkových souřadnic tvoří síť pevně spojenou se světovým rovníkem. Základními rovinami jsou rovina světového rovníku a rovina místního nebeského poledníku. Souřadnice určující polohu tělesa H na nebeské sféře se nazývají hodinový úhel a deklinace. Hodinový úhel t je úhel, který svírá polorovina P S P J H deklinační kružnice procházející tělesem H s polorovinou P S P J J místního nebeského poledníku. Měří se ve směru denního pohybu oblohy a vyjadřuje se v časové míře nebo ve stupních, přičemž platí 1 h = 15. Deklinace δ udává úhlovou vzdálenost tělesa H od roviny světového rovníku. Počítá se od -90 (P J ) do 90 (P S ). b. Rovníkové souřadnice (světové): α[ h ], δ [ ] (obr. 6) Základními rovinami jsou rovina světového rovníku a rovina koluru rovnodennosti. Souřadnice určující polohu tělesa H na nebeské sféře se nazývají rektascenze a deklinace. 6

Rektascenze α je úhel, který svírá polorovina P S P J H deklinační kružnice procházející tělesem H s polorovinou P S P J γ koluru rovnodennosti. Měří se proti směru denního pohybu oblohy a vyjadřuje se nejčastěji v časové míře (od 0 h do 4 h ) nebo ve stupních (od 0 do 360 ). Deklinace δ je definována v odstavci a. 3. Ekliptikální souřadnice: λ, β [ ] (obr. 7) Soustava ekliptikálních souřadnic tvoří síť pevně spojenou s ekliptikou. Základními rovinami jsou rovina ekliptiky a rovina procházející póly ekliptiky P e, P e a jarním bodem γ. Souřadnice určující polohu tělesa H na nebeské sféře se nazývají astronomická délka a astronomická šířka. Astronomická délka λ je úhel, který svírá polorovina P e P e H s polorovinou P e P e γ. Měří se proti směru denního pohybu oblohy ve stupních (0-360 ). Astronomická šířka β udává úhlovou vzdálenost tělesa H od roviny ekliptiky. Počítá se od -90 (P e ) do 90 (P e ). Obr. 7 Sférické trojúhelníky užívané pro transformace astronomických souřadnic 0 t, a 180 180 < t, a < 360 Obr. 8 Obzorníkové a místní rovníkové souřadnice Přepokládejme, že těleso H, jehož souřadnice obzorníkové jsou a, h a místní rovníkové jsou t, δ, je pozorováno z místa na Zemi, které má zeměpisné souřadnice (ϕ, λ). Pro transformaci souřadnic je možno využít vztahů ve sférickém trojúhelníku P S ZH. Z obr. 8 je patrné, že trojúhelník P S ZH je jednoznačně určený jak v případě známých ϕ, a,h (SUS), tak v případě známých ϕ, t,δ (SUS). 7

Ekliptikální a světové rovníkové souřadnice 0 λ, α 90 90 < λ, α 70 70 < λ, α < 360 Obr. 9 Přepokládejme, že ekliptikální souřadnice tělesa H jsou β, λ a světové rovníkové souřadnice H jsou α, δ. Pro transformaci souřadnic je možno využít vztahů ve sférickém trojúhelníku P S P e H. Z obr. 9 je patrné, že trojúhelník P S P e H je jednoznačně určený jak v případě známých β, λ (SUS), tak v případě známých α, δ (SUS). Chybějící trojúhelník doplňte. Použitá a k dalšímu studiu doporučená literatura: [1] Pyšek, J.: Kartografie, kartometrie a matematická geografie v příkladech, ZČU v Plzni, 000 [] Rektorys, K.: Přehled užité matematiky I., Prometheus, Praha, 000 [3] Burešová, J., Vospěl, Z.: Sférická trigonometrie, Doplňkové skriptum, ČVUT Praha, 1989 [4] http://geometrie.kma.zcu.cz/work/cd/ 8