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球面直角三角形的Napier规则

2024-06-18 04:48:34TONY杂谈203

一个球面直角三角形,有 10 个关于边和角的三角恒等式,Napier(纳皮尔,对,就是发现对数那个人)提供了一种助记方法,称为 Napier 圆或者 Napier 五边形。

球面直角三角形 ABC

对于如上图所示的球面直角三角形 ABCABC ,首先按次序将其三条边和三个角写成一圈,比如 aCbAcBaCbAcB ,然后将不与直角 CC 相邻的边和角用余角替换,即将 A,c,BA,c,B 替换为 π2−A,π2−c,π2−B\frac \pi 2-A,\frac \pi 2-c,\frac \pi 2-B ,同时去掉直角 CC 。这样,剩余的部分就按次序排成一个圆圈(或五边形),如图所示。

球面直角三角形的 Napier 规则

对图中五个元素中的任意一个元素来说,其他四个元素分为两组,相邻组,和相对组。如对于 aa 来说, b,π2−Bb,\frac \pi 2-B 是相邻组, π2−c,π2−A\frac \pi 2-c,\frac \pi 2-A 是相对组,Napier 规则由以下两条给出:

一个元素的正弦等于相邻组的正切的乘积;一个元素的正弦等于相对组的余弦的乘积。

例如,

sin⁡(π2−B)=tan⁡atan⁡(π2−c)\sin(\frac \pi 2-B)=\tan a\tan(\frac \pi 2-c) ,即 cos⁡B=tan⁡atan⁡c\cos B=\frac{\tan a}{\tan c}

或者 sin⁡(π2−B)=cos⁡(π2−A)cos⁡b\sin(\frac \pi 2-B)=\cos(\frac \pi 2-A)\cos b ,即 cos⁡B=sin⁡Acos⁡b\cos B=\sin A\cos b

这一规则可以应用到另一种球面三角形,就是一条边是 π2\frac \pi 2 的球面三角形。事实上,一条边是 π2\frac \pi 2 的球面三角形和一个球面直角三角形互为球极对称三角形,或者简称球极三角形。

定理 球极三角形的边长与原三角形的对应角之和为 π\bm \pi .

所以对于如下图一条边是 π2\frac \pi 2 的球面三角形,只需要先研究其球极三角形,应用 Napier 规则写出边角关系,然后利用上述定理将边和角代换即可。

一条边是 pi/2 的球面三角形(黑色虚线)和其球极三角形(红色实线)