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地球不同位置站立者間夾角解析
送交者: 羽球飛 2008年04月02日09:31:49 於 [靈機一動] 發送悄悄話

胡老大同他的幾個朋友 同一時間分別在一個城市的附近 找一塊座標是整數的平地,以立正姿勢站立。
胡老大 北緯 40度 東經 118度
胡老九 北緯 25度 東經 121度
胡老什 北緯 30度 西經 95度
胡老陸 南緯 35度 東經 149度
問題是他們同時站立時老大同他的幾個兄弟的夾角分別是多少度。

只算胡老大和胡老九之間的夾角:

定義:經過地心和經線的平面稱作經平面。經過緯線的平面稱作緯平面。

胡老大 北緯 40度 東經 118度

胡老九 北緯 25度 東經 121度

設胡老大所處的緯度為w1(40度), 經度為u1(118度)。設胡老九所處的緯
度為w2(25度) , 經度為u2(121度)。胡老大,胡老九分別所在的經平面,
緯平面的交線與地球表面的交點有4個。這些交點的連線構成一個等腰梯形。
設地球半徑為R。胡老大所在緯線圓的半徑為

r1 = Rcos(w1) (1)

胡老九所在緯線圓的半徑為

r2 = Rcos(w2) (2)

兩個經平面的夾角為 (u2-u1)。兩個經平面被所有緯平面所切的切痕的夾角
都相等。這樣,等腰梯形的上底為

a = 2r1 sin((u2-u1)/2) (3)

等腰梯形的下底為

b = 2r2 sin((u2-u1)/2) (4)

等腰梯形的腰為

c = 2R sin((w1-w2)/2) (5)

設等腰梯形的腰與下底的夾角為D

cos(D) = (b-a)/(2c)
= (r2-r1)sin((u2-u1)/2) / [2R sin((w1-w2)/2)] (6)
設等腰梯形的對角線為d.那麼

d^2 = b^2 + c^2 - 2bc cos(D) (7)

胡老大的位置與地心構成一個矢量。胡老九的位置與地心也構成一個矢量。
設這兩個矢量間的夾角為q,

sin(q/2) = d/(2R) (8)

化簡得

sin(q/2) = sqrt[ cos(w1)cos(w2)sin^2((u2-u1)/2) + sin^2((w1-w2)/2)] (9)

sin(q/2) = sqrt[ cos(40)cos(25)sin^2(3/2) + sin^2(15/2)] (9)

q = 15.209度

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