Przejdź do treści

Wzory trygonometrii sferycznej - Nepera, Delambre'a, L'Huiliera

Wzory trygonometrii sferycznej to wzory wyrażające związki między bokami i kątami trójkąta sferycznego eulerowskiego. W podanych poniżej wzorach miary kątów trójkąta sferycznego eulerowskiego o wierzchołkach A, B, C oznaczone są odpowiednio przez α, β, γ, a długości boków leżących naprzeciw tych kątów przez a, b, c.

1. Wzory al-Battaniego:

cos(a)=cos(b)*cos(c)+sin(b)*sin(c)*cos(α),

cos(b)=cos(c)*cos(a)+sin(c)*sin(a)*cos(β),

cos(c)=cos(a)*cos(b)+sin(a)*sin(b)*cos(γ).

2. Wzór sinusów:

sin⁡asin⁡α=sin⁡bsin⁡β=sin⁡csin⁡γ\frac{\sin a}{\sin \alpha}=\frac{\sin b}{\sin \beta}=\frac{\sin c}{\sin \gamma}

3. Wzory Delambre’a (analogie Delambre’a, wzory Gaussa):

sin⁡12(α+β)=cos⁡12(a−b)cos⁡12c∗cos⁡12γ\sin\frac{1}{2}(\alpha+\beta)=\frac{\cos\frac{1}{2}(a-b)}{\cos\frac{1}{2}c}*\cos\frac{1}{2}\gamma,

cos⁡12(α+β)=cos⁡12(a+b)cos⁡12c∗sin⁡12γ\cos\frac{1}{2}(\alpha+\beta)=\frac{\cos\frac{1}{2}(a+b)}{\cos\frac{1}{2}c}*\sin\frac{1}{2}\gamma,

sin⁡12(α−β)=sin⁡12(a−b)sin⁡12c∗cos⁡12γ\sin\frac{1}{2}(\alpha-\beta)=\frac{\sin\frac{1}{2}(a-b)}{\sin\frac{1}{2}c}*\cos\frac{1}{2}\gamma,

cos⁡12(α−β)=sin⁡12(a+b)sin⁡12c∗sin⁡12γ\cos\frac{1}{2}(\alpha-\beta)=\frac{\sin\frac{1}{2}(a+b)}{\sin\frac{1}{2}c}*\sin\frac{1}{2}\gamma.

4. Wzory Nepera (analogie Nepera), wzory wyrażające tangens połowy sumy (różnicy) dwu kątów oraz dwu boków, otrzymane za pomocą wzorów Delambre’a, np.:

tg12(α+β)=cos⁡12(a−b)cos⁡12(a+b)∗ctg12γtg\frac{1}{2}(\alpha+\beta)=\frac{\cos\frac{1}{2}(a-b)}{\cos\frac{1}{2}(a+b)}*ctg\frac{1}{2}\gamma,

tg12(a+b)=cos⁡12(α−β)cos⁡12(α+β)∗tg12ctg\frac{1}{2}(a+b)=\frac{\cos\frac{1}{2}(\alpha-\beta)}{\cos\frac{1}{2}(\alpha+\beta)}*tg\frac{1}{2}c,

tg12(α−β)=sin⁡12(a−b)sin⁡12(a+b)∗ctg12γtg\frac{1}{2}(\alpha-\beta)=\frac{\sin\frac{1}{2}(a-b)}{\sin\frac{1}{2}(a+b)}*ctg\frac{1}{2}\gamma,

tg12(a−b)=sin⁡12(α−β)sin⁡12(α+β)∗tg12ctg\frac{1}{2}(a-b)=\frac{\sin\frac{1}{2}(\alpha-\beta)}{\sin\frac{1}{2}(\alpha+\beta)}*tg\frac{1}{2}c.

5. Wzory z przewyżką sferyczną ε=α+β+γ−π\varepsilon=\alpha+\beta+\gamma-\pi:

a) Wzór Cagnoliego:

sin⁡12ε=sin⁡12a∗sin⁡12bcos⁡12c∗sin⁡γ\sin\frac{1}{2}\varepsilon=\frac{\sin\frac{1}{2}a*\sin\frac{1}{2}b}{\cos\frac{1}{2}c}*\sin\gamma;

b) Wzór Lhuiliera:

tg14ε=tg12p∗tg12(p−a)∗tg12(p−b)∗tg12(p−c)tg\frac{1}{4}\varepsilon=\sqrt{tg\frac{1}{2}p*tg\frac{1}{2}(p-a)*tg\frac{1}{2}(p-b)*tg\frac{1}{2}(p-c)}, gdzie p=12(a+b+c)p=\frac{1}{2}(a+b+c).

Wzory dotyczące przewyżki sferycznej są stosowane do obliczania pola trójkąta sferycznego eulerowskiego, które na sferze o promieniu R jest równe R²ε (na sferze jednostkowej - samej przewyżce).

Twierdzenie Pitagorasa dla trójkąta sferycznego eulerowskiego orzeka, że cosinus przeciwprostokątnej jest równy iloczynowi cosinusów przyprostokątnych, np. gdy α=12π\alpha=\frac{1}{2}\pi, to cos⁡a=cos⁡b∗cos⁡c\cos a=\cos b*\cos c. W trójkącie sferycznym prostokątnym liczba boków większych od 12π\frac{1}{2}\pi jest parzysta, a mniejszych od 12π\frac{1}{2}\pi nieparzysta.