三角函数的重要意义

数理土豆饼课程 2024-03-26 06:12:52

古代的航海民族更能体会到几何的重要作用。在陆地上行走,顺着大路走就行了,走了多远,还有多长时间可以到达目的地,一问旁边是人就可以了。对于航海,这一切都不存在,没有明确的路,需要自己掌握船前进的方向,走了多远,需要自己想办法计算和掌握。如果万一遇到大风,偏离了原来的航向,需要自己想办法确定当前所在位置,同时规划计算要到达目的地需要按什么方向走,走多远可以到达港口。这一切,都需要对角度和距离,以及它们之间的相互关系有高度的敏感性。

航海需要掌握方向和距离

古希腊文明数学比较发达,或许和他们环地中海的环境,经常需要航海的实际需求有关系。

希腊位于半岛地形

中国古代很早就知道勾股定理,宋朝数学家秦九韶 也得出了 用三角形 三个边计算三角形 面积的公式,本质上和 西方的海伦公式是 等价的。

古代中国,也应该有测量和记录角度的方法,阴阳家看风水使用的罗盘应该西方科学技术传入以前就有了。古代每个朝代 都有 测量 和 记录 重量和长度的单位,也用十二地地支 字丑寅卯等 记录时间,但是 如何 测量和 记录 角度,就不为大众所熟知了。更没有 发展出 用 三角形 角度和长度 来进行相互计算的理论,类似于现在的 正弦定理 和 余弦定理。主要原因 还是没有实际应用需求的刺激。

一个罗盘

传统的 木匠 当需要90度的 垂直线时,用铅垂线来保证角度的正确。石匠修建石拱桥时,通过画圆弧来确定 石拱桥的曲线,陶瓷匠制作碗 和大瓮时,用转轮来制造 陶瓷的胚体,当有实际需求的场合,古人也体现出了智慧。

石拱桥的拱是一段圆弧

古代当一个城池攻不下时,常常采取挖地道的方式,钻到城墙下或城里,地道入口不能离城墙太近,否则就被敌人看见了,如果离城墙有一段距离,在挖地道时,也面临地道方向的掌握,不过这个精度要求不是很高,只要通到城里就行。

挖隧道方向掌握很重要

现代修公路铁路挖隧道,如何保证隧道的方向,挖通以后,另一头正好是预定的位置,精度要求则高的多,有了现在的技术和仪器,这些都不是事。

传统的木匠连勾股定理也很少用到,当需要确定长度时,直接测量就可以了。十八十九世纪,使用火炮的时代,当在海上和陆地上看到敌人时,需要确定对方的方向和距离,以确定火炮炮口的方向和仰角,来命中目标,这时候就不方便直接测量了,需要用三角形方法测量和计算。

一个火炮

正是实际需求的刺激,使人们认识到三角学的重要性,所以近代就有人计算和编制出了三角函数和 反三角函数 表。

勾股定理

三角形有三个边 和 三个角,平面几何中有几个判定全等的定理。比如 角边角 公理,边角边公理,边边边 定理等。根据边边边定理 ,只要三角形的三个边长固定了,那三个角的大小也就固定了,可以用余弦定理 和 反三角函数表,计算出三个角的大小。

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