Существует несколько связанных функций, в первую очередь коверсинус и гаверсинус . Последняя, полустиховая, имеет особое значение в гаверсинуальной формуле мореплавания.
Обзор
Версинус [3] [4] [5] [6] [7] или версинус [ 8] [9] [10] [11] [12] — это тригонометрическая функция, уже появляющаяся в некоторых из самых ранних тригонометрических таблиц. В формулах он обозначается сокращениями versin , sinver , [13] [14] , vers , ver [15] или siv . [16] [17] На латыни он известен как синус против (перевернутый синус), версинус , против или сагитта (стрелка). [18]
Есть несколько связанных функций, соответствующих версину:
Разумный косинус , [19] [nb 1] или веркозин , сокращенно веркозин , vercos или vcs .
Покрытый синус или коверсинус [20] (на латыни cosinus vs или Coversinus ), сокращенно Coversin , [21] Covers , [22] [23] [24] cosiv или cvs [25]
Покрытый косинус [26] или Covercosine , сокращенно Covercosin , Covercos или CVC
По полной аналогии с вышеупомянутыми четырьмя функциями существует еще один набор из четырех «половинных» функций:
Перевернутый синус [27] или хаверсинус (лат. semiversus ), [28] [29] сокращенно Haversin , Semiversin , Semiversinus , Havers , hav , [30] [31] hvs , [nb 2] sem или hv , [32] наиболее известная из формулы хаверсина, исторически использовавшейся в мореплавании.
Перевернутый косинус [33] или хаверкозин , сокращенно хаверкозин , хаверкос , hac или hvc
Хаковерсин , хаковерсин , [21] или кохаверсин , сокращенно хаковерсин , семиковерсин , хаковерс , хаков [34] или hcv
Хаковеркозин , [35] хаковеркозин , или кохаверкозин , сокращенно хаковеркозин , хаковеркос или hcc
История и приложения
Версинус и коверсинус
Обыкновенную синусоидальную функцию ( см. примечание по этимологии ) иногда исторически называли sinus rectus («прямой синус»), чтобы противопоставить ее развернутому синусу (« синус против »). [37] Значение этих терминов становится очевидным, если посмотреть на функции в исходном контексте их определения, единичном круге :
Для вертикальной хорды AB единичной окружности синус угла θ (представляющий половину стянутого угла Δ ) равен расстоянию AC (половина хорды). С другой стороны, перевернутый синус θ — это расстояние CD от центра хорды до центра дуги. Таким образом, сумма cos( θ ) (равная длине линии OC ) и versin( θ ) (равная длине линии CD ) представляет собой радиус OD (длиной 1). Проиллюстрированный таким образом, синус вертикальен ( прямая мышца , буквально «прямой»), а версина горизонтальна ( против буквально «повернут против, неуместен»); оба являются расстояниями от C до окружности.
Этот рисунок также иллюстрирует причину, по которой версину иногда называли сагиттой , что по латыни означает стрела , [18] [36] от арабского употребления сахем [38] того же значения. Само это слово происходит от индийского слова «сара» (стрела), которое обычно использовалось для обозначения « уткрама-джья ». Если дугу ADB двойного угла Δ = 2 θ рассматривать как « лук », а хорду AB как его «струну», то версина CD явно является «стержнем стрелы».
В соответствии с интерпретацией синуса как «вертикального», а перевернутого синуса как «горизонтального», сагитта также является устаревшим синонимом абсциссы ( горизонтальной оси графика). [36]
В 1821 году Коши использовал термины синус против ( siv ) для версинуса и косинус против ( cosiv ) для коверсинуса. [16] [17] [количество 1]
Исторически перевернутый синус считался одной из важнейших тригонометрических функций. [12] [37] [38]
Поскольку θ стремится к нулю, версину ( θ ) представляет собой разность между двумя почти равными величинами, поэтому пользователю тригонометрической таблицы только для косинуса потребуется очень высокая точность для получения версинуса, чтобы избежать катастрофического сокращения , создавая отдельные таблицы. для последнего удобно. [12] Даже при использовании калькулятора или компьютера ошибки округления делают целесообразным использовать формулу sin 2 для малых θ .
Еще одним историческим преимуществом версуса является то, что он всегда неотрицательен, поэтому его логарифм определен везде, за исключением единственного угла ( θ = 0, 2 π ,…), где он равен нулю — таким образом, для умножения можно использовать логарифмические таблицы . в формулах, содержащих версины.
Фактически, самая ранняя сохранившаяся таблица значений синуса (полухорды ) (в отличие от аккордов, составленных Птолемеем и другими греческими авторами), рассчитанная на основе индийской Сурья Сиддханты и датируемая III веком до нашей эры, представляла собой таблицу значений для синуса и ориентированного синуса (с шагом 3,75° от 0 до 90°). [37]
Версина появляется как промежуточный шаг в применении формулы половинного угла sin 2 (θ/2" = "1/2versin( θ ), полученный Птолемеем , который использовался для построения таких таблиц.
Хаверсин
Хаверсинус, в частности, был важен в навигации , потому что он появляется в формуле гаверсинуса , которая используется для достаточно точного расчета расстояний на астрономическом сфероиде (см. Проблемы с радиусом Земли по сравнению со сферой ) с учетом угловых положений (например, долготы и широты ). ). Можно также использовать грех 2 (θ/2) напрямую, но наличие таблицы гаверсинусов избавило от необходимости вычислять квадраты и квадратные корни. [12]
Раннее использование Хосе де Мендоса-и-Риосом того, что позже назовут хаверсинами, задокументировано в 1801 году. [14] [39]
Первый известный английский эквивалент таблицы гаверсинусов был опубликован Джеймсом Эндрю в 1805 году под названием «Квадраты натуральных полухорд». [40] [41] [18]
В 1835 году термин хаверсинус (обозначаемый естественно как hav. или логарифмически по основанию 10 как log.haversine или log.havers. ) был придуман [42] Джеймсом Инманом [14] [43] [44] в третьем издании его книги. работа «Навигация и морская астрономия: для использования британскими моряками для упрощения расчета расстояний между двумя точками на поверхности Земли с использованием сферической тригонометрии для приложений в навигации». [3] [42] Инман также использовал термины nat. версина и физ. верс. для версинов. [3]
Другими высоко оцененными таблицами гаверсинусов были таблицы Ричарда Фарли в 1856 году [40] [45] и Джона Колфилда Хэннингтона в 1876 году. [40] [46]
Гаверсинус продолжает использоваться в навигации и в последние десятилетия нашел новые применения, например, в методе Брюса Д. Старка для определения лунных расстояний с использованием гауссовских логарифмов с 1995 года [47] [48] или в более компактном методе уменьшения зрения с 2014 года. [32 ]
Современное использование
Хотя использование версинуса, коверсинуса и гаверсина, а также их обратных функций можно проследить на протяжении столетий, названия остальных пяти кофункций , по-видимому, имеют гораздо более молодое происхождение.
Когда версина v мала по сравнению с радиусом r , ее можно аппроксимировать по длине полухорды L (расстояние AC, показанное выше) по формуле [59]
В качестве альтернативы, если версинуса мала и известны версинуса, радиус и длина полухорды, их можно использовать для оценки длины дуги s ( AD на рисунке выше) по формуле
Более точное приближение, используемое в технике [61] :
Произвольные кривые и хорды
Термин « версина» также иногда используется для описания отклонений от прямолинейности произвольной плоской кривой, частным случаем которой является приведенный выше круг. Учитывая хорду между двумя точками кривой, перпендикулярное расстояние v от хорды до кривой (обычно в средней точке хорды) называется версусным измерением. Для прямой версинуса любой хорды равна нулю, поэтому это измерение характеризует прямолинейность кривой. В пределе обращения длины хорды L к нулю соотношение8 В/Л 2переходит к мгновенной кривизне . Это использование особенно распространено на железнодорожном транспорте , где оно описывает измерения прямолинейности железнодорожных путей [62] и является основой метода Халлада для съемки железных дорог .
Термин сагитта (часто сокращенно сагитта ) используется аналогично в оптике для описания поверхностей линз и зеркал .
^ абНекоторые английские источники путают понятный косинус с скрытым синусом. Исторически (например, в Коши, 1821 г.) соотношение синуса и (версины) определялось как siv( θ ) = 1−cos( θ ), а соотношение косинуса (то, что сейчас также известно как коверсинус) как cosiv( θ ) = 1− sin( θ ) и веркосинус как vcs θ = 1+cos( θ ). Однако в своем английском переводе работы Коши в 2009 году Брэдли и Сандифер связывают косинус и косинус (и cosiv) с ориентированным косинусом (то, что теперь также известно как веркозин), а не с покрытым синусом . Точно так же в своей работе 1968/2000 года Корн и Корн связывают функцию покрытия ( θ ) с ориентированным косинусом вместо покрытого синуса .
^ ab Аббревиатура hvs , иногда используемая для функции хаверсинуса при обработке и фильтрации сигналов, также иногда используется для несвязанной ступенчатой функции Хевисайда .
Рекомендации
^
Арьябхатия Арьябхаты
^ Хаслетт, Чарльз (сентябрь 1855 г.). Хакли, Чарльз В. (ред.). Практический справочник механика, машиниста, инженера: содержит таблицы и формулы для использования при поверхностных и твердых измерениях; прочность и вес материалов; механика; техника; гидравлика, гидродинамика; судовые двигатели, химия; и разные рецепты. Адаптирован для использования всеми классами практической механики. Вместе с полевой книгой инженера: содержит формулы для различных операций движения и смены линий, определения местоположения боковых путей и стрелок и т. д. и т. д. Таблицы радиусов и их логарифмов, натуральных и логарифмических синусов и внешних секущих, натуральных синусов и тангенсов для каждой степени и минуты квадранта, а также логарифмов из натуральных чисел от 1 до 10 000. Нью-Йорк, США: Джеймс Г. Грегори, преемник WA Townsend & Co. (Stringer & Townsend) . Проверено 13 августа 2017 г. […] Тем не менее, можно было бы сэкономить много вычислительного труда, используя таблицы внешних секущих и инверсных синусов, которые недавно с большим успехом применялись инженерами на железной дороге Огайо и Миссисипи и которые, с формулы и правила, необходимые для их применения при построении кривых, составленные г-ном Хаслеттом, одним из инженеров этой дороги, теперь впервые представлены публике. […] Представляя эту работу публике, Автор утверждает, что она представляет собой адаптацию нового принципа тригонометрического анализа формул, обычно используемых в полевых расчетах. Опыт показал, что сопоставляемые синусы и внешние секущие так же часто входят в расчеты кривых, как синусы и тангенсы; и благодаря их использованию, как показано в примерах, приведенных в этой работе, считается, что многие из общепринятых правил значительно упрощаются, а многие вычисления, касающиеся кривых и бегущих линий, становятся менее сложными, а результаты получаются с большей точностью и дальностью. меньше хлопот, чем при использовании любых методов, изложенных в работах такого рода. Все приведенные примеры были подсказаны реальной практикой и поясняются сами собой. […] Будучи книгой для практического использования в полевых работах, можно с уверенностью полагать, что она более прямолинейно применяет правила и облегчает расчеты, чем любая другая работа, используемая сейчас. В дополнение к таблицам, обычно встречающимся в книгах такого рода, автор с большим трудом подготовил таблицу натуральных и логарифмических вертикальных синусов и внешних секущих, рассчитанных в градусах для каждой минуты; также Таблица радиусов и их логарифмов от 1° до 60°. […]издание 1856 года
^ abc Инман, Джеймс (1835) [1821]. Навигация и морская астрономия: для использования британскими моряками (3-е изд.). Лондон, Великобритания: В. Вудворд, К. и Дж. Ривингтон . Проверено 9 ноября 2015 г.(Четвертое издание: [1].)
^ abcde Цукер, Рут (1983) [июнь 1964 г.]. «Глава 4.3.147: Элементарные трансцендентные функции — Круговые функции». В Абрамовице, Милтон ; Стегун, Ирен Энн (ред.). Справочник по математическим функциям с формулами, графиками и математическими таблицами . Серия «Прикладная математика». Том. 55 (Девятое переиздание с дополнительными исправлениями десятого оригинального издания с исправлениями (декабрь 1972 г.); первое изд.). Вашингтон, округ Колумбия; Нью-Йорк: Министерство торговли США, Национальное бюро стандартов; Дуврские публикации. п. 78. ИСБН978-0-486-61272-0. LCCN 64-60036. МР 0167642. LCCN 65-12253.
^ Тэпсон, Фрэнк (2004). «Справочные сведения о мерах: углы». 1.4. Расколоть книги. Архивировано из оригинала 9 февраля 2007 г. Проверено 12 ноября 2015 г.
^ Олдхэм, Кейт Б.; Майланд, Ян К.; Спанье, Джером (2009) [1987]. «32.13. Функции Cosine cos(x) и Sine sin(x) — Родственные функции». Атлас функций: с Equator, калькулятор функций Атласа (2-е изд.). Спрингер Сайенс+Бизнес Медиа, ООО . п. 322. дои : 10.1007/978-0-387-48807-3. ISBN978-0-387-48806-6. LCCN 2008937525.
^ Биби, Нельсон HF (22 августа 2017 г.). «Глава 11.1. Свойства синуса и косинуса». Справочник по математическим вычислениям - Программирование с использованием портативной библиотеки программного обеспечения MathCW (1-е изд.). Солт-Лейк-Сити, Юта, США: Springer International Publishing AG . п. 301. дои : 10.1007/978-3-319-64110-2. ISBN978-3-319-64109-6. LCCN 2017947446. S2CID 30244721.
^ Абде Холл, Артур Грэм; Фринк, Фред Гудрич (январь 1909 г.). «Обзор упражнений [100] Вторичные тригонометрические функции». Написано в Анн-Арборе, штат Мичиган, США. Тригонометрия. Том. Часть I: Плоская тригонометрия. Нью-Йорк, США: Генри Холт и компания / Norwood Press / JS Cushing Co. - Berwick & Smith Co., Норвуд, Массачусетс, США. стр. 125–127 . Проверено 12 августа 2017 г.
^ Бойер, Карл Бенджамин (1969) [1959]. «5: Комментарий к статье Э. Дж. Дейкстерхейса (Происхождение классической механики от Аристотеля до Ньютона)». В Кладжетте, Маршалл (ред.). Критические проблемы истории науки (3-е изд.). Мэдисон, Милуоки и Лондон: University of Wisconsin Press, Ltd., стр. 185–190. ISBN0-299-01874-1. LCCN 59-5304. 9780299018740 . Проверено 16 ноября 2015 г.
^ Суонсон, Тодд; Андерсен, Джанет; Кили, Роберт (1999). «5 (Тригонометрические функции)» (PDF) . Предварительное исчисление: исследование функций и их приложений . Харкорт Брейс и компания . п. 344. Архивировано (PDF) из оригинала 17 июня 2003 г. Проверено 12 ноября 2015 г.
^Корн, Грандино Артур; Корн, Тереза М. (2000) [1961]. «Приложение B: B9. Плоская и сферическая тригонометрия: формулы, выраженные через функцию гаверсинуса». Математический справочник для ученых и инженеров: Определения, теоремы и формулы для справки и обзора (3-е изд.). Минеола, Нью-Йорк, США: Dover Publications, Inc., стр. 892–893. ISBN 978-0-486-41147-7.(См. опечатки.)
^ abcd Калверт, Джеймс Б. (14 сентября 2007 г.) [10 января 2004 г.]. «Тригонометрия». Архивировано из оригинала 2 октября 2007 г. Проверено 8 ноября 2015 г.
^ Эдлер фон Браунмюль, Антон (1903). Vorlesungen über Geschichte der Trigonometrie - Von der Erfindung der Logarithmen bis auf die Gegenwart [ Лекции по истории тригонометрии - от изобретения логарифмов до наших дней ] (на немецком языке). Том. 2. Лейпциг, Германия: Б. Г. Тойбнер . п. 231 . Проверено 9 декабря 2015 г.
^ абвКаджори, Флориан (1952) [март 1929]. История математических обозначений. Том. 2 (2 (3-е исправленное издание выпуска 1929 г.) изд.). Чикаго, США: Издательская компания «Открытый суд» . п. 172. ИСБН 978-1-60206-714-1. 1602067147 . Проверено 11 ноября 2015 г. Гаверсинус впервые появляется в таблицах логарифмических стихов Хосе де Мендосы-и-Риоса (Мадрид, 1801 г., также 1805, 1809 г.), а затем в трактате Джеймса Инмана о мореплавании (1821 г.). См. Дж. Д. Уайта в журнале Nautical Magazine (февраль и июль 1926 г.).(Примечание. ISBN и ссылка на перепечатку 2-го издания Cosimo, Inc., Нью-Йорк, США, 2013 г.)
^ Шейнифелт, Тед В. «Заметки о кругах, Джонсе и Кейсе: Что такое хаковекозин?». Хило, Гавайи: Гавайский университет . Архивировано из оригинала 19 сентября 2015 г. Проверено 8 ноября 2015 г.
^ абБрэдли, Роберт Э.; Сандифер, Чарльз Эдвард (14 января 2010 г.) [2009]. Бухвальд, Дж. З. (ред.). Курс анализа Коши: аннотированный перевод. Коши, Огюстен-Луи . Спрингер Сайенс+Бизнес Медиа, ООО . стр. 10, 285. doi : 10.1007/978-1-4419-0549-9. ISBN 978-1-4419-0548-2. LCCN 2009932254. 1441905499, 978-1-4419-0549-9 . Проверено 9 ноября 2015 г. {{cite book}}: |work=игнорируется ( помощь ) (см. список ошибок.)
^ Ладлоу, Генри Хант; Басс, Эдгар Уэльс (1891). Элементы тригонометрии с логарифмическими и другими таблицами (3-е изд.). Бостон, США: John Wiley & Sons . п. 33 . Проверено 8 декабря 2015 г.
^ Вентворт, Джордж Альберт (1903) [1887]. Плоская тригонометрия (2-е изд.). Бостон, США: Джинн и компания . п. 5.
^ Кеньон, Альфред Монро; Ингольд, Луи (1913). Тригонометрия. Нью-Йорк, США: Компания Macmillan . стр. 8–9 . Проверено 8 декабря 2015 г.
^ Андерегг, Фредерик; Роу, Эдвард Дрейк (1896). Тригонометрия: для школ и колледжей. Бостон, США: Джинн и компания . п. 10 . Проверено 8 декабря 2015 г.
^ Зауэр, Франк (2015) [2004]. «Semiversus-Verfahren: Logarithmische Berechnung der Höhe» (на немецком языке). Хотхайм-ам-Таунус, Германия: Astrosail. Архивировано из оригинала 17 сентября 2013 г. Проверено 12 ноября 2015 г.
^ Райдер, Пол Рис; Дэвис, Альфред (1923). Плоская тригонометрия. Нью-Йорк, США: Компания Д. Ван Ностранда . п. 42 . Проверено 8 декабря 2015 г.
^ "Хаверсин". Язык и система Wolfram: Центр документации . 7.0. 2008. Архивировано из оригинала 1 сентября 2014 г. Проверено 6 ноября 2015 г.
^ Аб Рудзински, Грег (июль 2015 г.). Икс, Ханно. «Сверхкомпактный прицел-редуктор». Океанский навигатор . Портленд, Мэн, США: Navigator Publishing LLC (227): 42–43. ISSN 0886-0149 . Проверено 7 ноября 2015 г.
^ abcdefghijk ван Влеймен, Оскар (28 декабря 2005 г.) [2003]. «Гониология». Eenheden, постоянные разговоры . Архивировано из оригинала 28 октября 2009 г. Проверено 28 ноября 2015 г.
^ Аб Миллер, Джефф (10 сентября 2007 г.). «Самые ранние известные варианты использования некоторых математических слов (V)». Нью-Порт-Ричи, Флорида, США. Архивировано из оригинала 5 сентября 2015 г. Проверено 10 ноября 2015 г.
^ де Мендоса-и-Риос, Джозеф (1795). Запоминание новых методов расчета долготы по лунным расстояниям: и применение вашей теории для решения других проблем с навигацией (на испанском языке). Мадрид, Испания: Имрента Реал.
^ Эндрю, Джеймс (1805). Астрономические и морские таблицы с правилами определения широты и долготы мест . Том. Т. XIII. Лондон. стр. 29–148.(7-значная таблица гаверсинусов от 0° до 120° с шагом 10 дюймов.)
^Уайт, JD (февраль 1926 г.). «(неизвестное название)». Морской журнал .(Примечание. Согласно Каджори, 1929, в этом журнале обсуждается происхождение гаверсинусов.)
^Уайт, JD (июль 1926 г.). «(неизвестное название)». Морской журнал .(Примечание. Согласно Каджори, 1929, в этом журнале обсуждается происхождение гаверсинусов.)
^ Фарли, Ричард (1856). Натуральные вертикальные синусы от 0 до 125° и логарифмические вертикальные синусы от 0 до 135° . Лондон.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)( Таблица гаверсинусов от 0° до 125°/135°.)
^ Ханнингтон, Джон Колфилд (1876). Хаверсины, натуральные и логарифмические, используемые при вычислении лунных расстояний для Морского альманаха . Лондон.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)(7-значная таблица гаверсинусов от 0° до 180°, лог. гаверсинусы с интервалом 15", натур. гаверсинус с интервалом 10").
^ Старк, Брюс Д. (1997) [1995]. Таблицы Старка для определения лунного расстояния и определения всемирного времени с помощью секстантных наблюдений, включая удобный способ отточить навыки небесной навигации на суше (2-е изд.). Публикации Звездного пути. ISBN978-0914025214. 091402521X . Проверено 2 декабря 2015 г.(Примечание. Содержит таблицу гауссовских логарифмов lg (1+10 −x ).)
^ Каливода, Январь (30 июля 2003 г.). «Брюс Старк - Таблицы для определения лунного расстояния и определения времени по Гринвичу с помощью секстантных наблюдений (1995, 1997)» (обзор). Прага, Чехия. Архивировано из оригинала 12 января 2004 г. Проверено 2 декабря 2015 г.[2][3]
^ abcdef ван ден Доэль, Кес (25 января 2010 г.). «Класс jass.utils Fmath». JASS — Java-система синтеза аудио . 1.25. Архивировано из оригинала 2 сентября 2007 г. Проверено 26 октября 2015 г.
^ ab mf344 (04 июля 2014 г.). «Потерянный, но прекрасный: Гаверсинус». Плюс журнал . maths.org. Архивировано из оригинала 18 июля 2014 г. Проверено 5 ноября 2015 г.{{cite news}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
^ аб Скварц, Юре (1 марта 1999 г.). «identify.py: клиент asteroid_server, который идентифицирует измерения в формате MPC». Fitsblink ( исходный код Python ). Архивировано из оригинала 20 ноября 2008 г. Проверено 28 ноября 2015 г.
^ Аб Скварц, Юре (27 октября 2014 г.). «astrotrig.py: Функции, связанные с астрономической тригонометрией» ( исходный код Python ). Любляна, Словения: Телескоп Вега, Люблянский университет . Архивировано из оригинала 28 ноября 2015 г. Проверено 28 ноября 2015 г.
^ Баллью, Пэт (08 февраля 2007 г.) [2003]. «Версина». Математические слова, страница 4 . Версин. Архивировано из оригинала 8 февраля 2007 г. Проверено 28 ноября 2015 г.
^ ab "Инверсный Хаверсин". Язык и система Wolfram: Центр документации . 7.0. 2008 год . Проверено 5 ноября 2015 г.
^ Вудворд, Эрнест (декабрь 1978 г.). Геометрия — плоское, твердое тело и аналитическое решение задач. Руководства по решению проблем для решения проблем. Ассоциация исследований и образования (REA). п. 359. ИСБН978-0-87891-510-1.
^ Наир, П.Н. Бхаскаран (1972). «Системы измерения пути - концепции и методы». Рейл Интернешнл . Международная ассоциация железнодорожных конгрессов, Международный союз железных дорог . 3 (3): 159–166. ISSN 0020-8442. ОСЛК 751627806.