Сферическая теорема Пифагора
Сферическая теорема Пифагора — теорема, устанавливающая соотношение между сторонами прямоугольного сферического треугольника.
Содержание
Формулировка и доказательство
Сферическая теорема Пифагора формулируется следующим образом[1]:
|
Косинус гипотенузы прямоугольного сферического треугольника равен произведению косинусов его катетов. | 
|
Доказательство проведём с помощью трёхгранного угла[1] OA1B1C1 со сторонами (лучами) OA1, OB1, OC1 и вершиной в точке O, плоские углы A1OC1 и C1OB1 которого равны катетам b и a данного треугольника, плоский угол A1OB1 равен его гипотенузе c, двугранный угол между гранями A1OC1 и C1OB1 равен 90 градусов, а остальные два двугранных угла равны соответствующим углам сферического прямоугольного треугольника. Этот трёхгранный угол пересечен плоскостью A1B1C1, перпендикулярной лучу OB1. Тогда углы A1C1O и A1C1B1 будут прямыми.
Заметим, что
- <math>\frac {OB_1}{OA_1} = \cos \angle A_1OB_1 = \cos c,</math>
- <math>\frac {OC_1}{OA_1} = \cos \angle A_1OC_1 = \cos b,</math>
- <math>\frac {OB_1}{OC_1} = \cos \angle C_1OB_1 = \cos a.</math>
Отсюда
- <math> \cos c = \frac {OB_1}{OA_1} = \frac {OB_1}{OC_1} \cdot \frac {OC_1}{OA_1} = \cos a \cos b.</math>
Что и требовалось доказать.
Если считать, что сферическая теорема косинусов уже доказана, формулу для сферической теоремы Пифагора можно сразу получить из неё, записав сферическую теорему косинусов для гипотенузы данного прямоугольного сферического треугольника и просто подставив в получившееся выражение угол 90 градусов, косинус которого равен нулю.
Следствия и применение
При радиусе сферы, стремящемся к бесконечности, сферическая теорема Пифагора переходит в теорему Пифагора планиметрии. Поэтому, поскольку радиус Земли велик, при небольших расстояниях прямоугольные треугольники на поверхности Земли (например, используемые для измерения расстояний и углов на местности) практически подчиняются теореме Пифагора планиметрии[2], тогда как для больших расстояний, сравнимых с радиусом Земли, уже необходимо применять сферическую теорему Пифагора.
С применением сферической теоремы Пифагора можно получить формулы для разности долгот и расстояния между точками земной поверхности, а, следовательно, и соответствующие формулы для расстояний и координат точек на небесной сфере.
Из сферической теоремы Пифагора следует, что в прямоугольном сферическом треугольнике количество сторон, меньших 90 градусов, нечётно, а больших — чётно[1]. Поэтому если оба катета прямоугольного сферического треугольника больше 90 градусов, то его гипотенуза меньше 90 градусов, то есть в этом случае гипотенуза короче каждого из двух катетов — положение, невозможное для прямоугольного треугольника на плоскости.
История
Сферическая теорема Пифагора была известна ещё Ал-Бируни, который вместе с тем не знал сферической теоремы косинусов, поэтому применил сферическую теорему Пифагора и теорему синусов для решения как минимум двух задач: определения разности долгот двух пунктов на поверхности Земли по их широтам и расстоянию между ними и определения расстояния между двумя пунктами на поверхности Земли по их широтам и долготам[3]:81.
См. также
Напишите отзыв о статье "Сферическая теорема Пифагора"
Примечания
- ↑ 1 2 3 Степанов Н.Н. Сферическая теорема Пифагора // Сферическая тригонометрия. — М.—Л.: ОГИЗ, 1948. — С. 42—44. — 154 с.
- ↑ John McCleary. [books.google.ru/books?id=O9P8Rd8Klw0C&lpg=PA6 Geometry from a differentiable viewpoint]. — Cambridge University Press, 1994. — С. 6. — 308 с.
- ↑ Розенфельд Б.А., Рожанская М.М. [naturalhistory.narod.ru/Hronolog/IAI/IAI_10/Iai_Ogl.htm Астрономический труд Ал-Бируни «Канон Мас'уда»] // Историко-астрономические исследования. — М.: Наука, 1969. — Вып. X. — С. 63—96.
| ||||||||||||||
Отрывок, характеризующий Сферическая теорема Пифагора
Письмо это подействовало на Николая. У него был тот здравый смысл посредственности, который показывал ему, что было должно.Теперь должно было ехать, если не в отставку, то в отпуск. Почему надо было ехать, он не знал; но выспавшись после обеда, он велел оседлать серого Марса, давно не езженного и страшно злого жеребца, и вернувшись на взмыленном жеребце домой, объявил Лаврушке (лакей Денисова остался у Ростова) и пришедшим вечером товарищам, что подает в отпуск и едет домой. Как ни трудно и странно было ему думать, что он уедет и не узнает из штаба (что ему особенно интересно было), произведен ли он будет в ротмистры, или получит Анну за последние маневры; как ни странно было думать, что он так и уедет, не продав графу Голуховскому тройку саврасых, которых польский граф торговал у него, и которых Ростов на пари бил, что продаст за 2 тысячи, как ни непонятно казалось, что без него будет тот бал, который гусары должны были дать панне Пшаздецкой в пику уланам, дававшим бал своей панне Боржозовской, – он знал, что надо ехать из этого ясного, хорошего мира куда то туда, где всё было вздор и путаница.
Через неделю вышел отпуск. Гусары товарищи не только по полку, но и по бригаде, дали обед Ростову, стоивший с головы по 15 руб. подписки, – играли две музыки, пели два хора песенников; Ростов плясал трепака с майором Басовым; пьяные офицеры качали, обнимали и уронили Ростова; солдаты третьего эскадрона еще раз качали его, и кричали ура! Потом Ростова положили в сани и проводили до первой станции.
До половины дороги, как это всегда бывает, от Кременчуга до Киева, все мысли Ростова были еще назади – в эскадроне; но перевалившись за половину, он уже начал забывать тройку саврасых, своего вахмистра Дожойвейку, и беспокойно начал спрашивать себя о том, что и как он найдет в Отрадном. Чем ближе он подъезжал, тем сильнее, гораздо сильнее (как будто нравственное чувство было подчинено тому же закону скорости падения тел в квадратах расстояний), он думал о своем доме; на последней перед Отрадным станции, дал ямщику три рубля на водку, и как мальчик задыхаясь вбежал на крыльцо дома.
После восторгов встречи, и после того странного чувства неудовлетворения в сравнении с тем, чего ожидаешь – всё то же, к чему же я так торопился! – Николай стал вживаться в свой старый мир дома. Отец и мать были те же, они только немного постарели. Новое в них било какое то беспокойство и иногда несогласие, которого не бывало прежде и которое, как скоро узнал Николай, происходило от дурного положения дел. Соне был уже двадцатый год. Она уже остановилась хорошеть, ничего не обещала больше того, что в ней было; но и этого было достаточно. Она вся дышала счастьем и любовью с тех пор как приехал Николай, и верная, непоколебимая любовь этой девушки радостно действовала на него. Петя и Наташа больше всех удивили Николая. Петя был уже большой, тринадцатилетний, красивый, весело и умно шаловливый мальчик, у которого уже ломался голос. На Наташу Николай долго удивлялся, и смеялся, глядя на нее.
– Совсем не та, – говорил он.
– Что ж, подурнела?
– Напротив, но важность какая то. Княгиня! – сказал он ей шопотом.
– Да, да, да, – радостно говорила Наташа.
Наташа рассказала ему свой роман с князем Андреем, его приезд в Отрадное и показала его последнее письмо.
– Что ж ты рад? – спрашивала Наташа. – Я так теперь спокойна, счастлива.
– Очень рад, – отвечал Николай. – Он отличный человек. Что ж ты очень влюблена?
– Как тебе сказать, – отвечала Наташа, – я была влюблена в Бориса, в учителя, в Денисова, но это совсем не то. Мне покойно, твердо. Я знаю, что лучше его не бывает людей, и мне так спокойно, хорошо теперь. Совсем не так, как прежде…
Николай выразил Наташе свое неудовольствие о том, что свадьба была отложена на год; но Наташа с ожесточением напустилась на брата, доказывая ему, что это не могло быть иначе, что дурно бы было вступить в семью против воли отца, что она сама этого хотела.
