Геометрия

Алан-э-Дейл       30.04.2022 г.

Определение координат середины отрезка

Пусть построен вектор АВ, причем известны коор-ты его начала А (хА; уА) и его конца B (хB; уB). Обозначим буквой С середину отрезка АВ и попытаемся вычислить коор-ты С, которые мы обозначим как (хC; уC):

Рассмотрим вектора АС и СВ. Они имеют одинаковую длину, потому что С разбивает АВ пополам. Также АС и СВ коллинеарны, так как они лежат на одной прямой АВ. При этом они и сонаправлены, а значит, эти вектора равны:

Нам удалось выразить коор-ты С через координаты А и В. В итоге можно сформулировать правило:

Например, пусть необходимо найти координаты середины отрезка HK, при этом известны коор-ты его концов: Н(5; – 2) и К(3; 4). Сначала найдем полусумму коор-т х и получим эту же коор-ту у середины:

Итак, точка середины отрезка имеет коор-ты (4; 1). Для наглядности построим отрезок ОК и продемонстрируем, что его середина действительно находится в точке (4; 1):

Вычисление длины векторов и расстояния между точками

Рассмотрим радиус-вектор ОМ с коорд-тами {x; у; z}. Попытаемся найти его длину. Мы можем построить прямоугольный параллелепипед, в котором этот вектор окажется диагональю:

Напомним, что квадрат длины диагонали в прямоугольном параллелепипеде равен сумме квадратов его измерений. Но в полученном параллелепипеде измерения – это коорд-ты х, у и z, поэтому можно записать:

Так как равные вектора имеют как одинаковы и коорд-ты, и длина, то ясно, что каждый вектор с коорд-тами {x; y; z} будет равен рассмотренному радиус-вектору, а значит и его длина будет рассчитываться по такой же формуле.

Задание. Найдите длину вектора m{– 2; 9; 6}.

Решение. Просто используем формулу:

Рассмотрим отрезок АВ с известными коорд-тами его концов. Можно построить вектор АВ, его коорд-ты будут определяться так:

Задание. Найдите расстояние между точкой K(10; 15; 5) и M(16; 21; – 2).

Решение. Просто подставляем коорд-ты точек в формулу:

Задание. Найдите длину медианы KM в ∆ KPN, если известны коорд-ты его вершин: P(2; 5; 8), N (6; 9; 12) и K(16; 11; 13).

Решение. Для нахождения длины медианы достаточно знать коорд-ты ее концов. Коорд-ты K уже известны, а M – середина PN, что позволяет вычислить и ее коорд-ты:

Астрономические координаты

Как определять широту и долготу точки с большой точностью – эта задача становится все более сложной по мере увеличения масштаба. Дело в том, что расхождения между реальной формой Земли и ее сферической моделью проявляются гораздо явственнее на мелко масштабированных картах. Для таких случаев применяется астрономическая система координат, учитывающая настоящую форму планеты.

В связи с тем, что планета вращается с достаточно большой скоростью, ее внутреннее вещество в виде жидкой мантии испытывает на себе центробежную силу. Она вытягивает планету у экватора и стягивает у полюсов. Поэтому радиус Земли в этих 2-х точках различен: 6357 км от центра планеты до полюса и 6378 км от центра до экватора.

Здесь заключается главное отличие астрономической системы координат от сферической. В первой линия — которую в этой системе называют отвесной линией — от точки параллельна направлению силы тяжести и перпендикулярна земной поверхности, а во второй – к центру планеты.

Для определения отвесной линии применяются астрономические наблюдения за небесной сферой с помощью специальных инструментов либо математические вычисления на основе этих наблюдений. Для каждого региона она будет различна, так как вещество внутри планеты распределено неравномерно.

Математические оси

Координата точки — величины, которые определяют ее положение.Точка может располагаться на плоскости или в трехмерном пространстве. Любая плоскость имеет две величины. В математике это ось абсцисс и ординат, в географии — широта и долгота. На примере математической оси разберем, как находить координаты точек. Для того, чтобы найти координаты точки на плоскости необходимо сделать следующее:

  1. Чертим две оси, которые пересекаются под прямым углом. Точка их пересечения — это начала отсчета, то есть ноль. Горизонтальная ось соответствует оси абсцисс, она же ось X, а вертикальная — ось ординат или Y.
  2. Первой находим значение абсциссы. Для того этого опускаем перпендикуляр на горизонтальную ось. Это и есть ваше значение. Координата может иметь вид положительного числа, если точка лежит справа от оси ординат и отрицательного — если она расположена слева. Бывает, что точка лежит на оси Y. Получается, что сама ось и есть наш перпендикуляр. То есть значение абсциссы равняется нулю.
  3. Приступаем к определению значения ординаты. Для этого проводим перпендикуляр на ось Y. При расположении точки выше оси Х, это значение будет положительным, а ниже отрицательным. Если точка лежит на оси Х, то ордината точки равняется нулю.
  4. Координаты точки записываем в виде значений Х, Y, взятых в скобки. Например, если абсцисса равна 3, ордината — 4,5, то точка имеет координаты (3—4,5).

Если перед вами стоит задача, как найти координаты точки в пространстве, она не так сложна, как кажется на первый взгляд. Все чем отличается определение значений заключается в введении дополнительной оси. То есть ваша точка будет иметь не 2, а 3 координаты. Обычно в математике третью ось называют Z. Если вам надо найти координаты точки, опустите на оси Х, Y и Z по перпендикуляру. Это и будет искомые значения.

Километровая сетка. Вопрос №5 Координатная (километровая) сетка на картах

1. Определение географических и прямоугольных координат

Система координат представляет собой совокупность линий и плоскостей, ориентированных определенным образом в пространстве, относительно которых определяют положение точек (объектов, целей). Линии, принятые за начальные, служат осями координат

, а плоскости –координатными плоскостями . Угловые и линейные величины, которыми определяется в той или иной системе координат положение точек на линии, поверхности или в пространстве, называютсякоординатами .

В науке, технике, архитектуре, военном деле существуют различные системы координат. В каждом конкретном случае применяются системы координат, которые наилучшим образом отвечают требованиям к определению положения объектов.

Положение точек на поверхности Земли в зависимости от характера решаемых задач и требуемой точности чаще всего определяют в системах географических, плоских прямоугольных, полярных и биполярных координат. Пространственное положение точек в каждой системе координат дополнительно определяется высотой этих точек над уровенной поверхностью, принятой за начальную.

Указанные выше системы координат широко применяются в военной топографии. Они позволяют сравнительно просто и однозначно определять с необходимой точностью положения точек (объектов, целей) на земной поверхности по результатам измерений, выполненных непосредственно на местности или по карте.

Системой географических координат

называется система, в которой положение точки на земной поверхности определяется угловыми величинами (широтой и долготой) относительно плоскостей экватора и начального (нулевого) меридиана. В России и в большинстве других государств за начальный принят Гринвичский меридиан. Таким образом, система географических координат является единой для всей поверхности Земли. Она позволяет определять взаимное положение объектов, расположенных на значительных расстояниях друг от друга. В военном деле эта система используется преимущественно при применении боевых средств дальнего действия (баллистических ракет, авиации и др.). При решении тактических задач использование этой системы ограничено неудобствами работы с координатами, выраженными в градусах, минутах и секундах.

Географические координаты (широта и долгота)

точек на земной поверхности, определенные по результатам наблюдений небесных светил, называютсяастрономиическими координатами , а по результатам геодезических измерений на местности –геодезическими координатами . При определении астрономиических координат точка проектируется отвесной линией на поверхность геоида, а при определении геодезических координат – нормалью на поверхность земного эллипсоида. Вследствие неравномерного распределения массы Земли и отклонения поверхности геоида от поверхности земного эллипсоида отвесная линия в общем случае не совпадает с нормалью, что и показано на рисунке. Таким образом, географические координаты – обобщенное понятие об астрономических и геодезических координатах, когда уклонение отвесной линии не учитывается.

Астрономические координаты. Астрономической широтой

точки М называется уголф (фи), образованный отвесной линией в данной точке и плоскостью, перпендикулярной к оси вращения Земли.

Астрономической долготой

точки М называется двугранный угол (лямда) между плоскостями астрономического меридиана данной точки и начального (нулевого) астрономического меридиана. Астрономический меридиан точки представляет собой след сечения земной поверхности плоскостью, проходящей через направление отвесной линии в этой точке параллельно оси вращения Земли.

Геодезические координаты.Геодезической широтой

точки А называется угол В, образованный нормалью к поверхности земного эллипсоида в данной точке и плоскостью экватора. Широта отсчитывается по меридиану в обе стороны от экватора и может принимать значения от 0 до 90°. Широты точек, расположенных к северу от экватора, называются северными (положительными), а к югу – южными (отрицательными).

Геодезической долготой

точки А называется двугранный угол L между плоскостями геодезического меридиана данной точки и начального (нулевого) геодезического меридиана. Плоскость геодезического меридиана проходит через нормаль к поверхности земного эллипсоида в данной точке параллельно его малой оси. Долготы точек отсчитываются от начального меридиана к востоку и западу и называются соответственно восточными и западными. Счет их ведется от 0 до 180° в каждую сторону.

Точность определения

В процессе расчета координат используется такое понятие, как точность определенных координат и их погрешность.

Рассматривая такое понятие, стоит отметить, что законодательно установлены допустимые отклонения от фактических значений, которые позволяют использовать полученные координаты в качестве действительных точек и устанавливать их в натуре.

Роль точности и погрешности

Погрешность может возникать из-за различных факторов, среди которых стоит отметить человеческий фактор, когда ошибку допускает сам инженер.

Также, на величину погрешности влияют некачественное или вышедшее из строя оборудование, плохие погодные условия при непосредственном проведении измерений, особенности рельефа поверхности участка, относительно какого определяются координаты.

Допустимые погрешности

Согласно положениям действующей редакции ЗК РФ определяется, что существует такое понятие, как допустимая погрешность измерений, то есть что точки, полученные в пределе допустимых значений, могут применяться для определения действительных межей земельного участка. В такой ситуации для каждого отдельного участка (его категории) может использоваться отдельная норма.

На данный момент максимально допустимая погрешность для земель в пределах РФ будет составлять:

  • Наделы, выделенные в городской черте – 0,1 метр;
  • Наделы, на территории каких располагаются дачи, гаражи, ЛПХ – 0,2 метра;
  • Земли с/х назначения – 2,5 метра.

В общем же существующие на данный момент методы проведения измерений допускают достигать величины погрешности в значении буквально до показателя в 0,05 метра.

Декартова прямоугольная система координат.

Общие декартовы системы координат используются реже, чем специальный класс таких систем — декартовы прямоугольные системы координат.

Определение.

Базис называется ортонормированным, если его векторы попарно ортогональны и по длине равны единице. Декартова система координат, базис которой ортонормирован, называется декартовой прямоугольной системой координат.

Нетрудно проверить, что координаты точки относительно декартовой прямоугольной системы координат в пространстве по абсолютной величине равны расстояниям от этой точки до соответствующих координатных плоскостей. Они имеют знак плюс или минус в зависимости от того, лежит точка по ту же или по другую сторону от плоскости, что и конец базисного вектора, перпендикулярного этой плоскости.

Аналогично находят координаты точки относительно декартовой прямоугольной системы координат на плоскости.

Координаты поворотных точек

Координаты точек – это цифровое обозначение расположения на местности точек участка, при проведении линии между которыми образуется замкнутая фигура, определяющая границы надела.


подлежит определению площади

Система деятельности государственного кадастра включает в себя все данные по границам земельных участков – они в обширном понятии определяются в качестве геодезической сети земель РФ.

Сами же координаты границ при прочтении рядовыми гражданами, не знакомыми с картографией или геодезией, мало будут полезны.

Их значения посредством специализированных кодов преобразовываются и любой кадастровый инженер, имеющий познания в такой области, без труда сможет определить и проверить реальное расположение участка на местности и установить границы между такими точками, то есть обозначить границу владения лица.

Поскольку оформление координат поворотных точек осуществляется в виде кодированных значений, да и само определение связано с применением специализированного оборудования, сложных математических формул, к расчету характерных точек относятся очень внимательно, постоянно совершенствуя способы их определения, вынесения, перерасчета.

Определитель третьего порядка

Отныне и впредь, когда ты будешь иметь дело с методом координат на плоскости, тебе очень часто будут встречаться эти самые определители.

Что же такое определитель третьего порядка? Как ни странно, это всего-навсего число. Осталось понять, какое конкретно число мы будем сопоставлять с определителем.

Давай вначале запишем определитель третьего порядка в более общем виде:

\( \left| {\begin{array}{*{20}{c}}{{a_{11}}}&{{a_{12}}}&{{a_{13}}}\\{{a_{21}}}&{{a_{22}}}&{{a_{23}}}\\{{a_{31}}}&{{a_{32}}}&{{a_{33}}}\end{array}} \right|\),Где \( {{a}_{ij}}\) – некоторые числа.

Причем под первым индеком \( \displaystyle i\) мы понимаем номер строки, а под индеком \( \displaystyle j\) – номер столбца.

Например, \( {{a}_{23}}\) означает, что данное число стоит на пересечении второй строки и третьего столбца.

Давай поставим следующий вопрос: каким именно образом мы будем вычислять такой определитель?

То есть, какое конкретно число мы будем ему сопоставлять?

Для определителя именно третьего порядка есть эвристическое (наглядное) правило треугольника оно выглядит следующим образом:

Как его читать? А понимать его надо следующим образом: мы составляем два выражения:

  • Произведение элементов главной диагонали (с верхнего левого угла до нижнего правого) \( \displaystyle +\) произведение элементов, образующих первый треугольник «перпендикулярный» главной диагонали \( \displaystyle +\) произведение элементов, образующих второй треугольник «перпендикулярный» главной диагонали;
  • Произведение элементов побочной диагонали (с верхнего правого угла до нижнего левого) \( \displaystyle +\) произведение элементов, образующих первый треугольник «перпендикулярный» побочной диагонали \( \displaystyle +\) произведение элементов, образующих второй треугольник «перпендикулярный» побочной диагонали;
  • Тогда определитель равен разности значений, полученных на шаге \( \displaystyle 1\) и \( \displaystyle 2\).

Если записать все это цифрами, то мы получим следующее выражение:

\( \left| {\begin{array}{*{20}{c}}{{a_{11}}}&{{a_{12}}}&{{a_{13}}}\\{{a_{21}}}&{{a_{22}}}&{{a_{23}}}\\{{a_{31}}}&{{a_{32}}}&{{a_{33}}}\end{array}} \right| = \)\( = {a_{11}}{a_{22}}{a_{33}} + {a_{12}}{a_{23}}{a_{31}} + {a_{21}}{a_{32}}{a_{13}} — \left( {{a_{13}}{a_{22}}{a_{31}} + {a_{23}}{a_{32}}{a_{11}} + {a_{21}}{a_{12}}{a_{33}}} \right)\)Тем не менее, запоминать способ вычисления в таком виде не нужно, достаточно в голове просто держать треугольники и саму идею, что с чем складывается и что из чего затем вычитается).

Плоскость — как «обобщение» прямой

Однако с пространством не все так просто.

Как ты понимаешь, добавление еще одной координаты вносит существенное разнообразие в спектр фигур, «живущих» в этом пространстве. И для дальнейшего повествования мне потребуется ввести некоторое, грубо говоря, «обобщение» прямой.

Этим «обобщением» будет плоскость. Что ты знаешь про плоскость? Попробуй ответить на вопрос, а что такое плоскость? Очень сложно сказать.

Однако мы все интуитивно представляем, как она выглядит:

Грубо говоря, это некий бесконечный «лист», засунутый в пространство. «Бесконечность» следует понимать, что плоскость распространяется во все стороны, то есть ее площадь равна бесконечности.

Однако, это объяснение «на пальцах» не дает ни малейшего представления о структуре плоскости. А нас будет интересовать именно она.

Давай вспомним одну из основных аксиом геометрии: через две различные точки на плоскости проходит прямая, притом только одна.

Или ее аналог в пространстве: через три точки, не лежащие на одной прямой, проходит плоскость, притом только одна.

Правила определения долготы и широты

Из всего написанного выше можно сделать вывод, что для определения координат по карте решающую роль играют широта и долгота, поэтому крайне важно научиться определять их. Сначала остановимся на широте

Нулевой точкой отсчета здесь считается экватор с нулевым градусом. От него к полюсам расходятся параллели. На полюсе широта составляет 90 градусов, а все точки, расположенные на равном удалении от экватора в сторону одного из полюсов, имеют одинаковую северную или южную широту (например, 20, 40 или 60 градусов). При этом, чем дальше объект на карте от экватора и ближе к полюсу, тем больше будет его широта (рисунок 4)

Сначала остановимся на широте. Нулевой точкой отсчета здесь считается экватор с нулевым градусом. От него к полюсам расходятся параллели. На полюсе широта составляет 90 градусов, а все точки, расположенные на равном удалении от экватора в сторону одного из полюсов, имеют одинаковую северную или южную широту (например, 20, 40 или 60 градусов). При этом, чем дальше объект на карте от экватора и ближе к полюсу, тем больше будет его широта (рисунок 4).

Рисунок 4. Схемы определения широты и долготы

Географическая долгота на картах и глобусах отсчитывается от меридиана в Гринвиче, который считается нулевым. Здесь, как и в случае с широтой, удаление от этого меридиана приводит и к увеличению долготы. При этом максимальный показатель долготы составляет 180 градусов, поскольку полная окружность сферы (восточного и западного полушария) составляет 360 градусов.

Чтобы определить по карте географические координаты объекта, нужно сделать следующее:

  1. Определить, в каком полушарии находится точка, в северном или южном. Если выше экватора, то широта будет северной, а если ниже – южной.
  2. Далее нужно посмотреть, между какими параллелями располагается точка. Градусы параллелей обычно указаны сбоку карты.
  3. Теперь необходимо подсчитать количество градусов от ближайшей со стороны экватора параллели к заданной точке.
  4. Далее переходим к определению долготы. Здесь отсчет ведется от нулевого меридиана в Гринвиче. Если точка расположена слева от него, то точка находится в западном полушарии, а если справа – в восточном.
  5. Теперь находим, между какими меридианами находится точка, и, как и в случае с широтой, подсчитываем количество градусов до ближайшего со стороны Гринвича меридиана.

В результате вы получите точную широту и долготу, а также определенное количество градусов для каждого показателя, которые уточняют расположение объекта.

Инструкция, как определить географические координаты

Определение географических координат начинается с установки двух величин: широты и долготы, которые отображаются в градусах (рисунок 1).

Проще всего определить широту. Если точка располагается в северном полушарии, ее координаты (ширина) тоже будут северными, а если в южном, то, соответственно, южной. Для определения широты на любую карту или глобус нанесены продольные линии – параллели, которые располагаются параллельно экватору. У экватора нулевой градус, а у полюсов этот показатель ровняется 90 градусам.

Рисунок 1. Для определения координат нужна широта и долгота

Вторым необходимым показателем является долгота. Она отображает расстояние от нулевого меридиана в Гринвиче до определенной точки на местности. Долгота бывает западной и восточной. Этот показатель определяется меридианами, которые проходят по карте или глобусу вертикально и параллельно нулевому. Сложив координаты двух точек вместе, можно получить точные данные о местоположении объекта.

Определяем географические координаты

Градусная сеть поможет определить географические координаты. Поскольку мы имеем дело с дугами и окружностями, то все расчеты координат следует производить в градусах, минутах и секундах. Поэтому и сеть называется градусной.

Градусная сеть позволяет определять местоположение любой точки на земной поверхности с помощью географических координат – широты и долготы. При определении географических координат Земля принимается за шар, хотя мы помним, что она геоид.

Географическая широта φ – угол между плоскостью экватора и отвесной линией в данной точке, другими словами – это угловое расстояние точки от экватора по меридиану. Измеряется от 0 (экватор) до 90° (полюса). Различают северную (лежащую в Северном полушарии) и южную (расположенную в Южном полушарии) широту. Северную широту принято считать положительной, а южную – отрицательной. О широтах, близких к экватору, принято говорить как о низких, к полюсам – как о высоких.

Все точки, лежащие на одной параллели, имеют одинаковую широту. На глобусе параллели подписываются на 0° и 180° меридианах, на картах – на боковых рамках.

Определение географической широты

Все параллели – окружности, они содержат 360°. От экватора до каждого из полюсов градусное расстояние составляет 90°.

Ответьте на вопросы. По какой параллели можно быстрее совершить кругосветное путешествие – по 0° или по 66°? Почему кругосветные плавания нельзя считать доказательством шарообразности Земли?

«… 7июня 1862 г. трёхмачтовое судно «Британия» … Глазго потерпело крушение …гони … южн… берег… два матроса Капитан Гр… дости… контин… пл… жесток… инд… брошен этот документ … долготы и 37° … широты. Окажите им помощь… погибнут …» — это всё, что было известно о гибели судна капитана Гранта из романа Жюля Верна «Дети капитана Гранта». Но одной широты недостаточно, чтобы определить положение объекта на Земле. Ведь 37 параллель только в Южном полушарии пересекает и Южную Америку, и Австралию, и Новую Зеландию, и многочисленные острова.

Географическая долгота λ – двугранный угол, образованный плоскостью начального меридиана и плоскостью меридиана, проходящего через данную точку, иначе – угловое расстояние точки от начального меридиана.

Все меридианы – дуги и по длине они одинаковые. Поэтому люди договорились, от какого из них вести отсчёт. Долгое время каждая страна вела счёт долготы от своего начального меридиана, Франция – от Парижского, Россия – от Пулковского (с обсерваторией) у Санкт-Петербурга, США и Англия – от Гринвичского. С 1884 года нулевым и начальным меридианом для всех стран считается Гринвичский. Он проходит через пригород города Лондона Гринвич, где в 1637 г была основана одна из старейших в мире астрономических обсерваторий. Выбор начального меридиана очень важен, так как с ним связан и отсчёт времени.

От нулевого меридиана ведут счёт расстояния в градусах на восток от 0° до 180° и на запад 0° до 180°. Нулевой меридиан, продолжением которого является 180°, делит Землю на Западное и Восточное полушария. Меридианы показывают направление север-юг.

К востоку от Гринвичского меридиана долгота восточная, к западу – западная. От неё зависит местное солнечное время. Все точки, лежащие на одном меридиане, имеют одинаковую долготу. На глобусе меридианы подписываются на экваторе, на картах – на экваторе или на верхней и нижней рамках. На практике географическую долготу определяют по разнице местного времени между нулевым меридианом и меридианом пункта наблюдения.

Определение географической долготы

Любая точка на земле имеет свой «географический адрес». Теперь мы знаем, что этот адрес состоит из двух частей. Это как при игре в «морской бой», где тоже используется адрес. Две части географического адреса – широта и долгота, определить их нам помогает градусная сеть. Широта – место точки на определённой параллели, долгота – на меридиане. Место их пересечения и есть географический адрес – географические координаты.

Зная географические координаты можно найти любой объект на карте. И, наоборот, можно нанести новый объект на карту, определив его географические координаты, как это делали все первооткрыватели. Ошибки в этом стоили многих жизней.

До времени существования навигаторов, географические координаты в открытом море определяли сначала с помощью такого прибора, как астролябия, а затем его заменил секстант.

АстролябияСекстант

Как узнать координаты объекта

Чтобы узнать географический адрес местоположения в виде координат, нужно кликом поставить отметку в этой точке на карте. Далее, при работе на компьютере через браузер, нужно вызвать контекстное меню с помощью правого клика мышкой по объекту. В появившемся окне верхней строкой будут указаны координаты.

Работая в приложении «Google Maps» на смартфоне, нужно касанием интересующей точки поставить отметку на карте.

Далее, если вы работаете на устройстве с iOS, смахните экран вверх, чтобы развернуть страницу информации об объекте. Здесь и будут указаны координаты.

Если вы работаете на Android, увидите координаты заданной точки в строке поиска вместо адреса.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.