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diff --git a/buch/papers/nav/beispiel.txt b/buch/papers/nav/beispiel.txt index 853ae4e..b8716fc 100644 --- a/buch/papers/nav/beispiel.txt +++ b/buch/papers/nav/beispiel.txt @@ -1,13 +1,13 @@ Datum: 28. 5. 2022 Zeit: 15:29:49 UTC -Sternzeit: 7h 54m 26.593s +Sternzeit: 7h 54m 26.593s 7.90738694h Deneb -RA 20h 42m 12.14s 10.703372h +RA 20h 42m 12.14s 20.703372h DEC 45 21' 40.3" 45.361194 -H 50g 15' 17.1" 50.254750h +H 50g 15' 17.1" 50.254750 Azi 59g 36' 02.0" 59.600555 Spica diff --git a/buch/papers/nav/bilder/beispiele1.pdf b/buch/papers/nav/bilder/beispiele1.pdf Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..1f91809 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/bilder/beispiele1.pdf diff --git a/buch/papers/nav/bilder/beispiele2.pdf b/buch/papers/nav/bilder/beispiele2.pdf Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..4b28f2f --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/bilder/beispiele2.pdf diff --git a/buch/papers/nav/bilder/position1.pdf b/buch/papers/nav/bilder/position1.pdf Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..ba7755f --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/bilder/position1.pdf diff --git a/buch/papers/nav/bilder/position2.pdf b/buch/papers/nav/bilder/position2.pdf Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..3333dd4 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/bilder/position2.pdf diff --git a/buch/papers/nav/bilder/position3.pdf b/buch/papers/nav/bilder/position3.pdf Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..fae0b85 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/bilder/position3.pdf diff --git a/buch/papers/nav/bilder/position4.pdf b/buch/papers/nav/bilder/position4.pdf Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..ac80c46 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/bilder/position4.pdf diff --git a/buch/papers/nav/bilder/position5.pdf b/buch/papers/nav/bilder/position5.pdf Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..afe120e --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/bilder/position5.pdf diff --git a/buch/papers/nav/bilder/sextant.jpg b/buch/papers/nav/bilder/sextant.jpg Binary files differindex 53dd784..472e61f 100644 --- a/buch/papers/nav/bilder/sextant.jpg +++ b/buch/papers/nav/bilder/sextant.jpg diff --git a/buch/papers/nav/bsp.tex b/buch/papers/nav/bsp.tex new file mode 100644 index 0000000..ff01828 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/bsp.tex @@ -0,0 +1,182 @@ +\section{Beispielrechnung} +\rhead{Beispielrechnung} + +\subsection{Einführung} +In diesem Abschnitt wird die Theorie vom Abschnitt 21.6 in einem Praxisbeispiel angewendet. +Wir haben die Deklination, Rektaszension, Höhe der beiden Planeten Deneb und Arktur und die Sternzeit von Greenwich als Ausgangslage. +Die Deklinationen und Rektaszensionen sind von einem vergangenen Datum und die Höhe der Gestirne und die Sternzeit wurden von unserem Dozenten digital in einer Stadt in Japan mit den Koordinaten 35.716672 N, 140.233336 E bestimmt. +Wir werden rechnerisch beweisen, dass wir mit diesen Ergebnissen genau auf diese Koordinaten kommen. +\subsection{Vorgehen} + +\begin{center} + \begin{tabular}{l l l} + 1. & Koordinaten der Bildpunkte der Gestirne bestimmen \\ + 2. & Dreiecke aufzeichnen und richtig beschriften\\ + 3. & Dreieck ABC bestimmmen\\ + 4. & Dreieck BPC bestimmen \\ + 5. & Dreieck ABP bestimmen \\ + 6. & Geographische Breite bestimmen \\ + 7. & Geographische Länge bestimmen \\ + \end{tabular} +\end{center} + +\subsection{Ausgangslage} +\begin{wrapfigure}{R}{5.6cm} + \includegraphics{papers/nav/bilder/position1.pdf} + \caption{Ausgangslage} +\end{wrapfigure} +Die Rektaszension und die Sternzeit sind in der Regeln in Stunden angegeben. +Für die Umrechnung in Grad kann folgender Zusammenhang verwendet werden: +\[ Stunden \cdot 15 = Grad\]. +Dies wurde hier bereits gemacht. +\begin{center} + \begin{tabular}{l l l} + Sternzeit $s$ & $118.610804^\circ$ \\ + Deneb&\\ + & Rektaszension $RA_{Deneb}$& $310.55058^\circ$ \\ + & Deklination $DEC_{Deneb}$& $45.361194^\circ$ \\ + & Höhe $h_c$ & $50.256027^\circ$ \\ + Arktur &\\ + & Rektaszension $RA_{Arktur}$& $214.17558^\circ$ \\ + & Deklination $DEC_{Arktur}$& $19.063222^\circ$ \\ + & Höhe $h_b$ & $47.427444^\circ$ \\ + \end{tabular} +\end{center} +\subsection{Koordinaten der Bildpunkte} +Als erstes benötigen wir die Koordinaten der Bildpunkte von Arktur und Deneb. +$\delta$ ist die Breite, $\lambda$ die Länge. +\begin{align} +\delta_{Deneb}&=DEC_{Deneb} = \underline{\underline{45.361194^\circ}} \nonumber \\ +\lambda_{Deneb}&=RA_{Deneb} - s = 310.55058^\circ -118.610804^\circ =\underline{\underline{191.939776^\circ}} \nonumber \\ +\delta_{Arktur}&=DEC_{Arktur} = \underline{\underline{19.063222^\circ}} \nonumber \\ +\lambda_{Arktur}&=RA_{Arktur} - s = 214.17558^\circ -118.610804^\circ = \underline{\underline{5.5647759^\circ}} \nonumber +\end{align} + + +\subsection{Dreiecke definieren} +\begin{figure} + \begin{center} + \includegraphics[width=6cm]{papers/nav/bilder/beispiele1.pdf} + \includegraphics[width=6cm]{papers/nav/bilder/beispiele2.pdf} + \caption{Arktur-Deneb; Spica-Altiar} +\end{center} +\end{figure} +Das Festlegen der Dreiecke ist essenziell für die korrekten Berechnungen. +Ein Problem, welches in der Theorie nicht berücksichtigt wurde ist, dass der Punkt $P$ nicht zwingend unterhalb der Seite $a$ sein muss. +Wenn man das nicht berücksichtigt, erhält man falsche oder keine Ergebnisse. +In der Realität weiss man jedoch ungefähr auf welchem Breitengrad man ist, so kann man relativ einfach entscheiden, ob der eigene Standort über $a$ ist oder nicht. +Beim unserem genutzten Paar Arktur-Deneb ist dies kein Problem, da der Punkt unterhalb der Seite $a$ liegt. +Würde man aber das Paar Altair-Spica nehmen, liegt $P$ über $a$ (vgl. Abbildung 21.11) und man müsste trigonometrisch anders vorgehen. + +\subsection{Dreieck $ABC$} +\begin{wrapfigure}{R}{5.6cm} + \includegraphics{papers/nav/bilder/position2.pdf} + \caption{Dreieck ABC} +\end{wrapfigure} +Nun berechnen wir alle Seitenlängen $a$, $b$, $c$ und die Innnenwinkel $\alpha$, $\beta$ und $\gamma$ +Wir können $b$ und $c$ mit den geltenten Zusammenhängen des nautischen Dreiecks wie folgt bestimmen: +\begin{align} + b=90^\circ-DEC_{Deneb} = 90^\circ - 45.361194^\circ = \underline{\underline{44.638806^\circ}}\nonumber \\ + c=90^\circ-DEC_{Arktur} = 90^\circ - 19.063222^\circ = \underline{\underline{70.936778^\circ}} \nonumber +\end{align} +Um $a$ zu bestimmen, benötigen wir zuerst den Winkel \[\alpha= RA_{Deneb} - RA_{Arktur} = 310.55058^\circ -214.17558^\circ = \underline{\underline{96.375^\circ}}.\] +Danach nutzen wir den sphärischen Winkelkosinussatz, um $a$ zu berechnen: +\begin{align} + a &= \cos^{-1}(\cos(b) \cdot \cos(c) + \sin(b) \cdot \sin(c) \cdot \cos(\alpha)) \nonumber \\ + &= \cos^{-1}(\cos(44.638806) \cdot \cos(70.936778) + \sin(44.638806) \cdot \sin(70.936778) \cdot \cos(96.375)) \nonumber \\ + &= \underline{\underline{80.8707801^\circ}} \nonumber +\end{align} +Für $\beta$ und $\gamma$ nutzen wir den sphärischen Seitenkosinussatz: +\begin{align} + \beta &= \cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(b)-\cos(a) \cdot \cos(c)}{\sin(a) \cdot \sin(c)}\bigg] \nonumber \\ + &= \cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(44.638806)-\cos(80.8707801) \cdot \cos(70.936778)}{\sin(80.8707801) \cdot \sin(70.936778)}\bigg] \nonumber \\ + &= \underline{\underline{45.0115314^\circ}} \nonumber +\end{align} + + \begin{align} + \gamma &= \cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(c)-\cos(b) \cdot \cos(a)}{\sin(a) \cdot \sin(b)}\bigg] \nonumber \\ + &= \cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(70.936778)-\cos(44.638806) \cdot \cos(80.8707801)}{\sin(80.8707801) \cdot \sin(44.638806)}\bigg] \nonumber \\ + &=\underline{\underline{72.0573328^\circ}} \nonumber +\end{align} +\subsection{Dreieck $BPC$} +\begin{wrapfigure}{R}{5.6cm} + \includegraphics{papers/nav/bilder/position3.pdf} + \caption{Dreieck BPC} +\end{wrapfigure} +Als nächstes berechnen wir die Seiten $h_b$, $h_c$ und die Innenwinkel $\beta_1$ und $\gamma_1$. +\begin{align} + h_b&=90^\circ - h_b \nonumber \\ + &= 90^\circ - 47.42744^\circ \nonumber \\ + &= \underline{\underline{42.572556^\circ}} \nonumber +\end{align} +\begin{align} + h_c &= 90^\circ - h_c \nonumber \\ + &= 90^\circ - 50.256027^\circ \nonumber \\ + &= \underline{\underline{39.743973^\circ}} \nonumber +\end{align} +\begin{align} + \beta_1 &= \cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(h_c)-\cos(a) \cdot \cos(h_b)}{\sin(a) \cdot \sin(h_b)}\bigg] \nonumber \\ + &= \cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(39.743973)-\cos(80.8707801) \cdot \cos(42.572556)}{\sin(80.8707801) \cdot \sin(42.572556)}\bigg] \nonumber \\ + &=\underline{\underline{12.5211127^\circ}} \nonumber +\end{align} +\begin{align} + \gamma_1 &= \cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(h_b)-\cos(a) \cdot \cos(h_c)}{\sin(a) \cdot \sin(h_c)}\bigg] \nonumber \\ + &= \cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(42.572556)-\cos(80.8707801) \cdot \cos(39.743973)}{\sin(80.8707801) \cdot \sin(39.743973)}\bigg] \nonumber \\ + &=\underline{\underline{13.2618475^\circ}} \nonumber +\end{align} + +\subsection{Dreieck $ABP$} +\begin{wrapfigure}{R}{5.6cm} + \includegraphics{papers/nav/bilder/position4.pdf} + \caption{Dreieck ABP} +\end{wrapfigure} +Als erster müssen wir den Winkel $\beta_2$ berechnen: +\begin{align} + \beta_2 &= \beta + \beta_1 = 45.011513^\circ + 12.5211127^\circ \nonumber \\ + &=\underline{\underline{44.6687451^\circ}} \nonumber +\end{align} +Danach können wir mithilfe von $\beta_2$, $c$ und $h_b$ die Seite $l$ berechnen: +\begin{align} + l &= \cos^{-1}(\cos(c) \cdot \cos(h_b) + \sin(c) \cdot \sin(h_b) \cdot \cos(\beta_2)) \nonumber \\ + &= \cos^{-1}(\cos(70.936778) \cdot \cos(42.572556) + \sin(70.936778) \cdot \sin(42.572556) \cdot \cos(57.5326442)) \nonumber \\ + &= \underline{\underline{54.2833404^\circ}} \nonumber +\end{align} +Damit wir gleich den Längengrad berechnen können, benötigen wir noch den Winkel $\omega$: +\begin{align} + \omega &= \cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(h_b)-\cos(c) \cdot \cos(l)}{\sin(c) \cdot \sin(l)}\bigg] \nonumber \\ + &=\cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(42.572556)-\cos(70.936778) \cdot \cos(54.2833404)}{\sin(70.936778) \cdot \sin(54.2833404)}\bigg] \nonumber \\ + &= \underline{\underline{44.6687451^\circ}} \nonumber +\end{align} + +\subsection{Längengrad und Breitengrad bestimmen} + +\begin{align} + \delta &= 90^\circ - l \nonumber \\ + &= 90^\circ - 54.2833404 \nonumber \\ + &= \underline{\underline{35.7166596^\circ}} \nonumber +\end{align} +\begin{align} + \lambda &= \lambda_{Arktur} + \omega \nonumber \\ + &= 95.5647759^\circ + 44.6687451^\circ \nonumber \\ + &= \underline{\underline{140.233521^\circ}} \nonumber +\end{align} +Wie wir sehen, stimmen die berechneten Koordinaten mit den Koordinaten des Punktes, an welchem gemessen wurde überein. + +\subsection{Fazit} +Die theoretische Anleitung im Abschnitt 21.6 scheint grundsätzlich zu funktionieren. +Allerdings gab es zwei interessante Probleme. + +Einerseits das Problem, ob der Punkt P sich oberhalb oder unterhalb von $a$ befindet. +Da wir eigentlich wussten, wo der gesuchte Punkt P ist, konnten wir das Dreieck anhand der Koordinaten der Bildpunkte richtig aufstellen. +In der Praxis muss man aber schon wissen, auf welchem Breitengrad man ungefähr ist. +Dies weis man in der Regeln aber, da die eigene Breite die Höhe des Polarsterns ist. +Diese Höhe wird mit dem Sextant gemessen. + +Andererseits ist da noch ein Problem mit dem Sinussatz. +Beim Sinussatz gibt es immer zwei Lösungen, weil \[ \sin(\pi-a)=\sin(a).\] +Da kann es sein (und war in unserem Fall auch so), dass man das falsche Ergebnis erwischt. +Durch diese Erkenntnis haben wir nur Kosinussätze verwendet und dies ebenfalls im Abschnitt 21.6 abgeändert, da es für den Leser auch relevant sein kann, wenn er es Probieren möchte. + + + + diff --git a/buch/papers/nav/bsp2.tex b/buch/papers/nav/bsp2.tex new file mode 100644 index 0000000..8d9083b --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/bsp2.tex @@ -0,0 +1,236 @@ +\section{Beispielrechnung} +\rhead{Beispielrechnung} + +\subsection{Einführung} +In diesem Abschnitt wird die Theorie vom Abschnitt \ref{sta} in einem Praxisbeispiel angewendet. +Wir haben die Deklination, Rektaszension, Höhe der beiden Planeten Deneb und Arktur und die Sternzeit von Greenwich als Ausgangslage. +Die Deklinationen und Rektaszensionen sind von einem vergangenen Datum und die Höhe der Gestirne und die Sternzeit wurden digital in einer Stadt in Japan mit den Koordinaten 35.716672 N, 140.233336 E bestimmt. +Wir werden nachrechnen, dass wir mit unserer Methode genau auf diese Koordinaten kommen. +\subsection{Vorgehen} +Unser Vorgehen erschliesst sich aus unserer Methode, die wir im Abschnitt \ref{p} theoretisch erklärt haben. +\begin{compactenum} +\item +Koordinaten der Bildpunkte der Gestirne bestimmen +\item +Dreiecke aufzeichnen und richtig beschriften +\item +Dreieck ABC bestimmmen +\item +Dreieck BPC bestimmen +\item +Dreieck ABP bestimmen +\item +Geographische Breite bestimmen +\item +Geographische Länge bestimmen +\end{compactenum} + +\subsection{Ausgangslage} +\hbox to\textwidth{% +\begin{minipage}{8.4cm} +Die Rektaszension und die Sternzeit sind in der Regel in Stunden angegeben. +Für die Umrechnung in Grad kann folgender Zusammenhang verwendet werden: +\[ +\text{Stunden} \cdot 15 = \text{Grad}. +\] +Dies wurde hier bereits gemacht. +\begin{center} +\begin{tabular}{l l >{$}l<{$}} +Sternzeit $s$ & $118.610804^\circ$ \\ +Deneb &\\ + & Rektaszension $RA_{\text{Deneb}}$ & 310.55058^\circ\\ + & Deklination $DEC_{\text{Deneb}}$ & \phantom{0}45.361194^\circ \\ + & Höhe $h_c$ & \phantom{0}50.256027^\circ \\ +Arktur &\\ + & Rektaszension $RA_{\text{Arktur}}$& 214.17558^\circ \\ + & Deklination $DEC_{\text{Arktur}}$ & \phantom{0}19.063222^\circ \\ + & Höhe $h_b$ & \phantom{0}47.427444^\circ \\ +\end{tabular} +\end{center} +\end{minipage}% +\hfill% +\raisebox{-2cm}{\includegraphics{papers/nav/bilder/position1.pdf}}% +} +\medskip + +\subsection{Koordinaten der Bildpunkte} +Als erstes benötigen wir die Koordinaten der Bildpunkte von Arktur und Deneb. +$\delta$ ist die Breite, $\lambda$ die Länge. +\begin{align} +\delta_{\text{Deneb}}&=DEC_{\text{Deneb}} = \underline{\underline{45.361194^\circ}} \nonumber \\ +\lambda_{\text{Deneb}}&=RA_{\text{Deneb}} - s = 310.55058^\circ -118.610804^\circ =\underline{\underline{191.939776^\circ}} \nonumber \\ +\delta_{\text{Arktur}}&=DEC_{\text{Arktur}} = \underline{\underline{19.063222^\circ}} \nonumber \\ +\lambda_{\text{Arktur}}&=RA_{\text{Arktur}} - s = 214.17558^\circ -118.610804^\circ = \underline{\underline{5.5647759^\circ}} \nonumber +\end{align} + + +\subsection{Dreiecke definieren} +\begin{figure} +\hbox{% +\includegraphics{papers/nav/bilder/beispiele1.pdf}% +\hfill% +\includegraphics{papers/nav/bilder/beispiele2.pdf}} +\caption{Arktur-Deneb; Spica-Altiar +\label{nav:beispiele}} +\end{figure} +Das Festlegen der Dreiecke ist essenziell für die korrekten Berechnungen. +Ein Problem, welches in der Theorie nicht berücksichtigt wurde ist, dass der Punkt $P$ nicht zwingend unterhalb der Seite $a$ sein muss. +Wenn man das nicht berücksichtigt, erhält man falsche oder keine Ergebnisse. +In der Realität weiss man jedoch ungefähr auf welchem Breitengrad man ist, so kann man relativ einfach entscheiden, ob der eigene Standort über $a$ ist oder nicht. +Beim unserem genutzten Paar Arktur-Deneb ist dies kein Problem, da der Punkt unterhalb der Seite $a$ liegt. +Würde man aber das Paar Altair-Spica nehmen, liegt $P$ über $a$ +(vgl. Abbildung\ref{nav:beispiele}) und man müsste trigonometrisch +anders vorgehen. + +\subsection{Dreieck $ABC$} +\vspace*{-3mm} +\hbox to\textwidth{% +\begin{minipage}{8.4cm}% +Nun berechnen wir alle Seitenlängen $a$, $b$, $c$ und die +Innnenwinkel $\alpha$, $\beta$ und $\gamma$. +Wir können $b$ und $c$ mit den geltenten Zusammenhängen des nautischen Dreiecks wie folgt bestimmen: +\begin{align*} +b +&= +90^\circ-DEC_{\text{Deneb}} += +90^\circ - 45.361194^\circ +\\ +&= +\underline{\underline{44.638806^\circ}} +\\ +c +&= +90^\circ-DEC_{\text{Arktur}} += +90^\circ - 19.063222^\circ +\\ +&= +\underline{\underline{70.936778^\circ}} +\end{align*} +\end{minipage}% +\hfill% +\raisebox{-2.4cm}{\includegraphics{papers/nav/bilder/position2.pdf}}% +} +Um $a$ zu bestimmen, benötigen wir zuerst den Winkel +\begin{align*} +\alpha +&= +RA_{\text{Deneb}} - RA_{\text{Arktur}} += +310.55058^\circ -214.17558^\circ +\\ +&= +\underline{\underline{96.375^\circ}}. +\end{align*} +Danach nutzen wir den sphärischen Winkelkosinussatz, um $a$ zu berechnen: +\begin{align*} + a &= \cos^{-1}(\cos(b) \cdot \cos(c) + \sin(b) \cdot \sin(c) \cdot \cos(\alpha)) \\ + &= \cos^{-1}(\cos(44.638806^\circ) \cdot \cos(70.936778^\circ) + \sin(44.638806^\circ) \cdot \sin(70.936778^\circ) \cdot \cos(96.375^\circ)) \\ + &= \underline{\underline{80.8707801^\circ}} +\end{align*} +Für $\beta$ und $\gamma$ nutzen wir den sphärischen Seitenkosinussatz: +\begin{align*} + \beta &= \cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(b)-\cos(a) \cdot \cos(c)}{\sin(a) \cdot \sin(c)}\bigg] \\ + &= \cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(44.638806^\circ)-\cos(80.8707801^\circ) \cdot \cos(70.936778^\circ)}{\sin(80.8707801^\circ) \cdot \sin(70.936778^\circ)}\bigg] \\ + &= \underline{\underline{45.0115314^\circ}} +\\ +\gamma &= \cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(c)-\cos(b) \cdot \cos(a)}{\sin(a) \cdot \sin(b)}\bigg] \\ + &= \cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(70.936778^\circ)-\cos(44.638806^\circ) \cdot \cos(80.8707801^\circ)}{\sin(80.8707801^\circ) \cdot \sin(44.638806^\circ)}\bigg] \\ + &=\underline{\underline{72.0573328^\circ}} +\end{align*} + + + +\subsection{Dreieck $BPC$} +\vspace*{-4mm} +\hbox to\textwidth{% +\begin{minipage}{8.4cm}% +Als nächstes berechnen wir die Seiten $h_B$, $h_B$ und die Innenwinkel $\beta_1$ und $\gamma_1$. +\begin{align*} +h_B&=90^\circ - pbb + = 90^\circ - 47.42744^\circ \\ + &= \underline{\underline{42.572556^\circ}} +\\ + h_C &= 90^\circ - pc + = 90^\circ - 50.256027^\circ \\ + &= \underline{\underline{39.743973^\circ}} +\end{align*} +\end{minipage}% +\hfill% +\raisebox{-2.8cm}{\includegraphics{papers/nav/bilder/position3.pdf}}% +} +\begin{align*} +\beta_1 &= \cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(h_c)-\cos(a) \cdot \cos(h_B)}{\sin(a) \cdot \sin(h_B)}\bigg] \\ + &= \cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(39.743973^\circ)-\cos(80.8707801^\circ) \cdot \cos(42.572556^\circ)}{\sin(80.8707801^\circ) \cdot \sin(42.572556^\circ)}\bigg] \\ + &=\underline{\underline{12.5211127^\circ}} +\\ +\gamma_1 &= \cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(h_b)-\cos(a) \cdot \cos(h_C)}{\sin(a) \cdot \sin(h_C)}\bigg] \\ + &= \cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(42.572556^\circ)-\cos(80.8707801^\circ) \cdot \cos(39.743973^\circ)}{\sin(80.8707801^\circ) \cdot \sin(39.743973^\circ)}\bigg] \\ + &=\underline{\underline{13.2618475^\circ}} +\end{align*} + +\subsection{Dreieck $ABP$} +\vspace*{-2mm} +\hbox to\textwidth{% +\begin{minipage}{8.4cm}% +Als erstes müssen wir den Winkel $\beta_2$ berechnen: +\begin{align*} + \beta_2 &= \beta + \beta_1 = 45.011513^\circ + 12.5211127^\circ \\ + &=\underline{\underline{44.6687451^\circ}} +\end{align*} +Danach können wir mithilfe von $\beta_2$, $c$ und $h_B$ die Seite $l$ berechnen: +\begin{align*} +l +&= +\cos^{-1}(\cos(c) \cdot \cos(h_B) + + \sin(c) \cdot \sin(h_B) \cdot \cos(\beta_2)) \\ +&= +\cos^{-1}(\cos(70.936778^\circ) \cdot \cos(42.572556^\circ)\\ +&\qquad + \sin(70.936778^\circ) \cdot \sin(42.572556^\circ) \cdot \cos(57.5326442^\circ)) \\ +&= \underline{\underline{54.2833404^\circ}} +\end{align*} +\end{minipage}% +\hfill% +\raisebox{-2.0cm}{\includegraphics{papers/nav/bilder/position4.pdf}}% +} + +\medskip + +Damit wir gleich den Längengrad berechnen können, benötigen wir noch den Winkel $\omega$: +\begin{align*} + \omega &= \cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(h_B)-\cos(c) \cdot \cos(l)}{\sin(c) \cdot \sin(l)}\bigg] \\ + &=\cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(42.572556^\circ)-\cos(70.936778^\circ) \cdot \cos(54.2833404^\circ)}{\sin(70.936778^\circ) \cdot \sin(54.2833404^\circ)}\bigg] \\ + &= \underline{\underline{44.6687451^\circ}} +\end{align*} + +\subsection{Längengrad und Breitengrad bestimmen} + +\begin{align*} +\delta &= 90^\circ - l & + \lambda &= \lambda_{\text{Arktur}} + \omega \\ +&= 90^\circ - 54.2833404 & + &= 95.5647759^\circ + 44.6687451^\circ \\ +&= \underline{\underline{35.7166596^\circ}} & + &= \underline{\underline{140.233521^\circ}} +\end{align*} +Wie wir sehen, stimmen die berechneten Koordinaten mit den Koordinaten des Punktes, an welchem gemessen wurde überein. + +\subsection{Fazit} +Die theoretische Anleitung im Abschnitt \ref{sta} scheint grundsätzlich zu funktionieren. +Allerdings gab es zwei interessante Probleme. + +Einerseits das Problem, ob der Punkt $P$ sich oberhalb oder unterhalb von $a$ befindet. +Da wir eigentlich wussten, wo der gesuchte Punkt $P$ ist, konnten wir das Dreieck anhand der Koordinaten der Bildpunkte richtig aufstellen. +In der Praxis muss man aber schon wissen, auf welchem Breitengrad man ungefähr ist. +Dies weis man in der Regeln aber, da die eigene Breite die Höhe des Polarsterns ist. +Diese Höhe wird mit dem Sextant gemessen. + +Andererseits ist da noch ein Problem mit dem Sinussatz. +Beim Sinussatz gibt es immer zwei Lösungen, weil \[ \sin(\pi-a)=\sin(a).\] +Da kann es sein (und war in unserem Fall auch so), dass man das falsche Ergebnis erwischt. +Wegen dieser Erkenntnis haben wir nur Kosinussätze verwendet und dies ebenfalls im Abschnitt \ref{sta} abgeändert, da es für den Leser auch relevant sein kann, wenn er es Probieren möchte. + + + + diff --git a/buch/papers/nav/einleitung.tex b/buch/papers/nav/einleitung.tex index 8eb4481..c778d5c 100644 --- a/buch/papers/nav/einleitung.tex +++ b/buch/papers/nav/einleitung.tex @@ -1,6 +1,7 @@ \section{Einleitung} +\rhead{Einleitung} Heutzutage ist die Navigation ein Teil des Lebens. Man sendet dem Kollegen seinen eigenen Standort, um sich das ewige Erklären zu sparen oder gibt die Adresse des Ziels ein, damit man seinen Aufenthaltsort zum Beispiel auf einer riesigen Wiese am See findet. Dies wird durch Technologien wie Funknavigation, welches ein auf Laufzeitmessung beruhendes Hyperbelverfahren mit Langwellen ist, oder die verbreitete Satellitennavigation, welche vier Satelliten für eine Messung zur Standortbestimmung nutzt. diff --git a/buch/papers/nav/flatearth.tex b/buch/papers/nav/flatearth.tex index 3b08e8d..9745cdc 100644 --- a/buch/papers/nav/flatearth.tex +++ b/buch/papers/nav/flatearth.tex @@ -1,11 +1,12 @@ \section{Warum ist die Erde nicht flach?} - +\rhead{Warum ist die Erde nicht flach?} \begin{figure} \begin{center} \includegraphics[width=10cm]{papers/nav/bilder/projektion.png} \caption[Mercator Projektion]{Mercator Projektion} + \label{merc} \end{center} \end{figure} @@ -17,7 +18,7 @@ Eratosthenes konnte etwa 100 Jahre später den Erdumfang berechnen. Er beobachtete, dass die Sonne in Syene mittags im Zenit steht und gleichzeitig in Alexandria unter einem Winkel einfällt. Mithilfe der Trigonometrie konnte er mit dem Abstand der Städte und dem Einfallswinkel den Umfang berechnen. -Der Kartograph Gerhard Mercator projizierte die Erdkugel wie in Abbildung 21.1 dargestellt auf ein Papier und erstellte so eine winkeltreue Karte. +Der Kartograph Gerhard Mercator projizierte die Erdkugel wie in Abbildung \ref{merc} dargestellt auf ein Papier und erstellte so eine winkeltreue Karte. Jedoch wurden die Länder, die einen grösseren Abstand zum Äquator haben vergrössert, damit die Winkel stimmen können. Wurde man also nun davon ausgehen, dass die Erde flach ist so würden wir nie dort ankommen wo wir es wollen. Dies sieht man zum Beispiel sehr gut, wenn man die Anwendung Google Earth und eine Weltkarte vergleicht. diff --git a/buch/papers/nav/images/2k_earth_daymap.png b/buch/papers/nav/images/2k_earth_daymap.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..4d55da8 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/2k_earth_daymap.png diff --git a/buch/papers/nav/images/Makefile b/buch/papers/nav/images/Makefile index da4defa..39bfbcf 100644 --- a/buch/papers/nav/images/Makefile +++ b/buch/papers/nav/images/Makefile @@ -51,73 +51,80 @@ DREIECKE3D = \ dreieck3d5.pdf \ dreieck3d6.pdf \ dreieck3d7.pdf \ - dreieck3d8.pdf + dreieck3d8.pdf dreiecke3d: $(DREIECKE3D) POVRAYOPTIONS = -W1080 -H1080 #POVRAYOPTIONS = -W480 -H480 -dreieck3d1.png: dreieck3d1.pov common.inc +dreieck3d1.png: dreieck3d1.pov common.inc macros.inc povray +A0.1 $(POVRAYOPTIONS) -Odreieck3d1.png dreieck3d1.pov dreieck3d1.jpg: dreieck3d1.png convert dreieck3d1.png -density 300 -units PixelsPerInch dreieck3d1.jpg dreieck3d1.pdf: dreieck3d1.tex dreieck3d1.jpg pdflatex dreieck3d1.tex -dreieck3d2.png: dreieck3d2.pov common.inc +dreieck3d2.png: dreieck3d2.pov common.inc macros.inc povray +A0.1 $(POVRAYOPTIONS) -Odreieck3d2.png dreieck3d2.pov dreieck3d2.jpg: dreieck3d2.png convert dreieck3d2.png -density 300 -units PixelsPerInch dreieck3d2.jpg dreieck3d2.pdf: dreieck3d2.tex dreieck3d2.jpg pdflatex dreieck3d2.tex -dreieck3d3.png: dreieck3d3.pov common.inc +dreieck3d3.png: dreieck3d3.pov common.inc macros.inc povray +A0.1 $(POVRAYOPTIONS) -Odreieck3d3.png dreieck3d3.pov dreieck3d3.jpg: dreieck3d3.png convert dreieck3d3.png -density 300 -units PixelsPerInch dreieck3d3.jpg dreieck3d3.pdf: dreieck3d3.tex dreieck3d3.jpg pdflatex dreieck3d3.tex -dreieck3d4.png: dreieck3d4.pov common.inc +dreieck3d4.png: dreieck3d4.pov common.inc macros.inc povray +A0.1 $(POVRAYOPTIONS) -Odreieck3d4.png dreieck3d4.pov dreieck3d4.jpg: dreieck3d4.png convert dreieck3d4.png -density 300 -units PixelsPerInch dreieck3d4.jpg dreieck3d4.pdf: dreieck3d4.tex dreieck3d4.jpg pdflatex dreieck3d4.tex -dreieck3d5.png: dreieck3d5.pov common.inc +dreieck3d5.png: dreieck3d5.pov common.inc macros.inc povray +A0.1 $(POVRAYOPTIONS) -Odreieck3d5.png dreieck3d5.pov dreieck3d5.jpg: dreieck3d5.png convert dreieck3d5.png -density 300 -units PixelsPerInch dreieck3d5.jpg dreieck3d5.pdf: dreieck3d5.tex dreieck3d5.jpg pdflatex dreieck3d5.tex -dreieck3d6.png: dreieck3d6.pov common.inc +dreieck3d6.png: dreieck3d6.pov common.inc macros.inc povray +A0.1 $(POVRAYOPTIONS) -Odreieck3d6.png dreieck3d6.pov dreieck3d6.jpg: dreieck3d6.png convert dreieck3d6.png -density 300 -units PixelsPerInch dreieck3d6.jpg dreieck3d6.pdf: dreieck3d6.tex dreieck3d6.jpg pdflatex dreieck3d6.tex -dreieck3d7.png: dreieck3d7.pov common.inc +dreieck3d7.png: dreieck3d7.pov common.inc macros.inc povray +A0.1 $(POVRAYOPTIONS) -Odreieck3d7.png dreieck3d7.pov dreieck3d7.jpg: dreieck3d7.png convert dreieck3d7.png -density 300 -units PixelsPerInch dreieck3d7.jpg dreieck3d7.pdf: dreieck3d7.tex dreieck3d7.jpg pdflatex dreieck3d7.tex -dreieck3d8.png: dreieck3d8.pov common.inc +dreieck3d8.png: dreieck3d8.pov common.inc macros.inc povray +A0.1 $(POVRAYOPTIONS) -Odreieck3d8.png dreieck3d8.pov dreieck3d8.jpg: dreieck3d8.png convert dreieck3d8.png -density 300 -units PixelsPerInch dreieck3d8.jpg dreieck3d8.pdf: dreieck3d8.tex dreieck3d8.jpg pdflatex dreieck3d8.tex -dreieck3d9.png: dreieck3d9.pov common.inc +dreieck3d9.png: dreieck3d9.pov common.inc macros.inc povray +A0.1 $(POVRAYOPTIONS) -Odreieck3d9.png dreieck3d9.pov dreieck3d9.jpg: dreieck3d9.png convert dreieck3d9.png -density 300 -units PixelsPerInch dreieck3d9.jpg dreieck3d9.pdf: dreieck3d9.tex dreieck3d9.jpg pdflatex dreieck3d9.tex +dreieck3d10.png: dreieck3d10.pov common.inc macros.inc + povray +A0.1 $(POVRAYOPTIONS) -Odreieck3d10.png dreieck3d10.pov +dreieck3d10.jpg: dreieck3d10.png + convert dreieck3d10.png -density 300 -units PixelsPerInch dreieck3d10.jpg +dreieck3d10.pdf: dreieck3d10.tex dreieck3d10.jpg macros.inc + pdflatex dreieck3d10.tex + diff --git a/buch/papers/nav/images/beispiele/2k_earth_daymap.png b/buch/papers/nav/images/beispiele/2k_earth_daymap.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..4d55da8 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/beispiele/2k_earth_daymap.png diff --git a/buch/papers/nav/images/beispiele/Makefile b/buch/papers/nav/images/beispiele/Makefile new file mode 100644 index 0000000..9546c8e --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/beispiele/Makefile @@ -0,0 +1,38 @@ +# +# Makefile to build images +# +# (c) 2022 +# +all: beispiele + +POSITION = \ + beispiele1.pdf \ + beispiele2.pdf \ + beispiele3.pdf + +beispiele: $(POSITION) + +POVRAYOPTIONS = -W1080 -H1080 +#POVRAYOPTIONS = -W480 -H480 + +beispiele1.png: beispiele1.pov common.inc geometrie.inc ../macros.inc + povray +A0.1 $(POVRAYOPTIONS) -Obeispiele1.png beispiele1.pov +beispiele1.jpg: beispiele1.png + convert beispiele1.png -density 300 -units PixelsPerInch beispiele1.jpg +beispiele1.pdf: beispiele1.tex common.tex beispiele1.jpg + pdflatex beispiele1.tex + +beispiele2.png: beispiele2.pov common.inc geometrie.inc ../macros.inc + povray +A0.1 $(POVRAYOPTIONS) -Obeispiele2.png beispiele2.pov +beispiele2.jpg: beispiele2.png + convert beispiele2.png -density 300 -units PixelsPerInch beispiele2.jpg +beispiele2.pdf: beispiele2.tex common.tex beispiele2.jpg + pdflatex beispiele2.tex + +beispiele3.png: beispiele3.pov common.inc geometrie.inc ../macros.inc + povray +A0.1 $(POVRAYOPTIONS) -Obeispiele3.png beispiele3.pov +beispiele3.jpg: beispiele3.png + convert beispiele3.png -density 300 -units PixelsPerInch beispiele3.jpg +beispiele3.pdf: beispiele3.tex common.tex beispiele3.jpg + pdflatex beispiele3.tex + diff --git a/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele1.pdf b/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele1.pdf Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..1f91809 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele1.pdf diff --git a/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele1.pov b/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele1.pov new file mode 100644 index 0000000..7fb3de2 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele1.pov @@ -0,0 +1,12 @@ +// +// beispiele1.pov +// +// (c) 2022 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +// +#include "common.inc" + +#declare Stern1 = Deneb; +#declare Stern2 = Arktur; + +#include "geometrie.inc" + diff --git a/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele1.tex b/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele1.tex new file mode 100644 index 0000000..0dfae2f --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele1.tex @@ -0,0 +1,49 @@ +% +% beispiele1.tex +% +% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +% +\documentclass[tikz]{standalone} +\usepackage{times} +\usepackage{amsmath} +\usepackage{txfonts} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{graphics} +\usetikzlibrary{arrows,intersections,math,calc} +\usepackage{ifthen} +\begin{document} + +\input{common.tex} + +\newboolean{showgrid} +\setboolean{showgrid}{false} +\def\breite{4} +\def\hoehe{4} + +\begin{tikzpicture}[>=latex,thick,scale=0.8125] + +% Povray Bild +\node at (0,0) {\includegraphics[width=6.5cm]{beispiele1.jpg}}; + +% Gitter +\ifthenelse{\boolean{showgrid}}{ +\draw[step=0.1,line width=0.1pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw[step=0.5,line width=0.4pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\fill (0,0) circle[radius=0.05]; +}{} + +\labelA +\labelP +\labelDeneb +\labelArktur +\labelhDeneb +\labelhArktur +\labellone +\labeldDeneb +\labeldArktur + +\end{tikzpicture} + +\end{document} + diff --git a/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele2.pdf b/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele2.pdf Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..4b28f2f --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele2.pdf diff --git a/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele2.pov b/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele2.pov new file mode 100644 index 0000000..b69f0f9 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele2.pov @@ -0,0 +1,12 @@ +// +// beispiele1.pov +// +// (c) 2022 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +// +#include "common.inc" + +#declare Stern1 = Altair; +#declare Stern2 = Spica; + +#include "geometrie.inc" + diff --git a/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele2.tex b/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele2.tex new file mode 100644 index 0000000..04c1e4d --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele2.tex @@ -0,0 +1,50 @@ +% +% beispiele2.tex +% +% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +% +\documentclass[tikz]{standalone} +\usepackage{times} +\usepackage{amsmath} +\usepackage{txfonts} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{graphics} +\usetikzlibrary{arrows,intersections,math,calc} +\usepackage{ifthen} +\begin{document} + +\input{common.tex} + +\newboolean{showgrid} +\setboolean{showgrid}{false} +\def\breite{4} +\def\hoehe{4} + +\begin{tikzpicture}[>=latex,thick,scale=0.8125] + +% Povray Bild +\node at (0,0) {\includegraphics[width=6.5cm]{beispiele2.jpg}}; + +% Gitter +\ifthenelse{\boolean{showgrid}}{ +\draw[step=0.1,line width=0.1pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw[step=0.5,line width=0.4pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\fill (0,0) circle[radius=0.05]; +}{} + +\labelA +\labelP +\labelAltair +\labelSpica +\labelhAltair +\labelhSpica +\labelltwo +\labeldAltair +\labeldSpica + + +\end{tikzpicture} + +\end{document} + diff --git a/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele3.pdf b/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele3.pdf Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..049ccdf --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele3.pdf diff --git a/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele3.pov b/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele3.pov new file mode 100644 index 0000000..af9a468 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele3.pov @@ -0,0 +1,12 @@ +// +// beispiele1.pov +// +// (c) 2022 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +// +#include "common.inc" + +#declare Stern1 = Deneb; +#declare Stern2 = Altair; + +#include "geometrie.inc" + diff --git a/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele3.tex b/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele3.tex new file mode 100644 index 0000000..2573199 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/beispiele/beispiele3.tex @@ -0,0 +1,49 @@ +% +% beispiele3.tex +% +% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +% +\documentclass[tikz]{standalone} +\usepackage{times} +\usepackage{amsmath} +\usepackage{txfonts} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{graphics} +\usetikzlibrary{arrows,intersections,math,calc} +\usepackage{ifthen} +\begin{document} + +\input{common.tex} + +\newboolean{showgrid} +\setboolean{showgrid}{false} +\def\breite{4} +\def\hoehe{4} + +\begin{tikzpicture}[>=latex,thick] + +% Povray Bild +\node at (0,0) {\includegraphics[width=8cm]{beispiele3.jpg}}; + +% Gitter +\ifthenelse{\boolean{showgrid}}{ +\draw[step=0.1,line width=0.1pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw[step=0.5,line width=0.4pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\fill (0,0) circle[radius=0.05]; +}{} + +\labelA +\labelP +\labelDeneb +\labelAltair +\labelhDeneb +\labelhAltair +\labellone +%\labeldDeneb +%\labeldAltair + +\end{tikzpicture} + +\end{document} + diff --git a/buch/papers/nav/images/beispiele/common.inc b/buch/papers/nav/images/beispiele/common.inc new file mode 100644 index 0000000..51fbd1f --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/beispiele/common.inc @@ -0,0 +1,50 @@ +// +// common.inc -- 3d Darstellung +// +// (c) 2022 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +// +#version 3.7; +#include "colors.inc" +#include "../macros.inc" + +global_settings { + assumed_gamma 1 +} + +#declare imagescale = 0.034; + +camera { + location <40, 20, -20> + look_at <0, 0.24, -0.20> + right x * imagescale + up y * imagescale +} + +light_source { + <30, 10, -40> color White + area_light <1,0,0> <0,0,1>, 10, 10 + adaptive 1 + jitter +} + +sky_sphere { + pigment { + color rgb<1,1,1> + } +} + +erde(0) +achse(fein, White) +koordinatennetz(gitterfarbe, 9, 0.001) + +union { + punkt(Sakura, fett) + pigment { + color rot + } + finish { + metallic + specular 0.9 + } +} + diff --git a/buch/papers/nav/images/beispiele/common.tex b/buch/papers/nav/images/beispiele/common.tex new file mode 100644 index 0000000..81dc037 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/beispiele/common.tex @@ -0,0 +1,79 @@ +% +% common.tex +% +% (c) 2022 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +% + +\def\labelA{\node at (0.7,3.8) {$A$};} + +\def\labelSpica{ + \node at (-3.6,-2.8) {Spica}; +} +\def\labelAltair{ + \node at (3.0,-2.3) {Altair}; +} +\def\labelArktur{ + \node at (-3.3,-0.7) {Arktur}; +} +\def\labelDeneb{ + \node at (3.4,0.9) {Deneb}; +} + +\def\labelP{\node at (0,-0.2) {$P$};} + +\def\labellone{\node at (0.1,1.9) {$l$};} +\def\labelltwo{\node at (0.1,2.0) {$l$};} + +\def\labelhSpica{ + \coordinate (Spica) at (-1.8,-0.3); + \node at (Spica) {$h_{\text{Spica}}\mathstrut$}; +} +\def\labelhAltair{ + \coordinate (Altair) at (1.1,-1.0); + \node at (Altair) {$h_{\text{Altair}}\mathstrut$}; +} +\def\labelhArktur{ + \coordinate (Arktur) at (-1.3,-0.3); + \node at (Arktur) {$h_{\text{Arktur}}\mathstrut$}; +} +\def\labelhDeneb{ + \coordinate (Deneb) at (1.6,0.45); + \node at (Deneb) {$h_{\text{Deneb}}\mathstrut$}; +} + +\def\labeldSpica{ + \coordinate (dSpica) at (-1.5,2.6); + \fill[color=white,opacity=0.5] + ($(dSpica)+(-1.8,0.13)$) + rectangle + ($(dSpica)+(-0.06,0.60)$); + \node at (dSpica) [above left] + {$90^\circ-\delta_{\text{Spica}}\mathstrut$}; +} +\def\labeldAltair{ + \coordinate (dAltair) at (2.0,2.1); + \fill[color=white,opacity=0.5] + ($(dAltair)+(0.10,0.10)$) + rectangle + ($(dAltair)+(2.0,0.60)$); + \node at (dAltair) [above right] + {$90^\circ-\delta_{\text{Altair}}\mathstrut$}; +} +\def\labeldArktur{ + \coordinate (dArktur) at (-1.2,2.5); + \fill[color=white,opacity=0.5] + ($(dArktur)+(-1.8,0.10)$) + rectangle + ($(dArktur)+(-0.06,0.55)$); + \node at (dArktur) [above left] + {$90^\circ-\delta_{\text{Arktur}}\mathstrut$}; +} +\def\labeldDeneb{ + \coordinate (dDeneb) at (2.0,2.8); + \fill[color=white,opacity=0.5] + ($(dDeneb)+(0.05,0.60)$) + rectangle + ($(dDeneb)+(1.87,0.10)$); + \node at (dDeneb) [above right] + {$90^\circ-\delta_{\text{Deneb}}\mathstrut$}; +} diff --git a/buch/papers/nav/images/beispiele/geometrie.inc b/buch/papers/nav/images/beispiele/geometrie.inc new file mode 100644 index 0000000..2f6084e --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/beispiele/geometrie.inc @@ -0,0 +1,41 @@ +union { + punkt(A, fett) + punkt(Stern1, fein) + punkt(Stern2, fein) + seite(Stern1, Stern2, fein) + pigment { + color kugelfarbe + } + finish { + metallic + specular 0.9 + } +} + +union { + seite(A, Stern1, fein) + seite(A, Stern2, fein) + seite(Stern1, Sakura, fein) + seite(Stern2, Sakura, fein) + winkel(A, Stern1, Stern2, 0.5*fein, gross) + pigment { + color bekannt + } + finish { + metallic + specular 0.9 + } +} + +union { + seite(A, Sakura, fein) + winkel(A, Sakura, Stern1, 0.5*fett, klein) + pigment { + color unbekannt + } + finish { + metallic + specular 0.9 + } +} + diff --git a/buch/papers/nav/images/common.inc b/buch/papers/nav/images/common.inc index 2c0ae6e..7b861de 100644 --- a/buch/papers/nav/images/common.inc +++ b/buch/papers/nav/images/common.inc @@ -5,6 +5,7 @@ // #version 3.7; #include "colors.inc" +#include "macros.inc" global_settings { assumed_gamma 1 @@ -12,12 +13,6 @@ global_settings { #declare imagescale = 0.034; -#declare O = <0, 0, 0>; -#declare A = vnormalize(< 0, 1, 0>); -#declare B = vnormalize(< 1, 2, -8>); -#declare C = vnormalize(< 5, 1, 0>); -#declare P = vnormalize(< 5, -1, -7>); - camera { location <40, 20, -20> look_at <0, 0.24, -0.20> @@ -26,7 +21,7 @@ camera { } light_source { - <10, 10, -40> color White + <30, 10, -40> color White area_light <1,0,0> <0,0,1>, 10, 10 adaptive 1 jitter @@ -38,150 +33,3 @@ sky_sphere { } } -// -// draw an arrow from <from> to <to> with thickness <arrowthickness> with -// color <c> -// -#macro arrow(from, to, arrowthickness, c) -#declare arrowdirection = vnormalize(to - from); -#declare arrowlength = vlength(to - from); -union { - sphere { - from, 1.1 * arrowthickness - } - cylinder { - from, - from + (arrowlength - 5 * arrowthickness) * arrowdirection, - arrowthickness - } - cone { - from + (arrowlength - 5 * arrowthickness) * arrowdirection, - 2 * arrowthickness, - to, - 0 - } - pigment { - color c - } - finish { - specular 0.9 - metallic - } -} -#end - -#macro grosskreis(normale, staerke) -union { - #declare v1 = vcross(normale, <normale.x, normale.z, normale.y>); - #declare v1 = vnormalize(v1); - #declare v2 = vnormalize(vcross(v1, normale)); - #declare phisteps = 100; - #declare phistep = pi / phisteps; - #declare phi = 0; - #declare p1 = v1; - #while (phi < 2 * pi - phistep/2) - sphere { p1, staerke } - #declare phi = phi + phistep; - #declare p2 = v1 * cos(phi) + v2 * sin(phi); - cylinder { p1, p2, staerke } - #declare p1 = p2; - #end -} -#end - -#macro seite(p, q, staerke) - #declare n = vcross(p, q); - intersection { - grosskreis(n, staerke) - plane { -vcross(n, q) * vdot(vcross(n, q), p), 0 } - plane { -vcross(n, p) * vdot(vcross(n, p), q), 0 } - } -#end - -#macro winkel(w, p, q, staerke, r) - #declare n = vnormalize(w); - #declare pp = vnormalize(p - vdot(n, p) * n); - #declare qq = vnormalize(q - vdot(n, q) * n); - intersection { - sphere { O, 1 + staerke } - cone { O, 0, 1.2 * vnormalize(w), r } - plane { -vcross(n, qq) * vdot(vcross(n, qq), pp), 0 } - plane { -vcross(n, pp) * vdot(vcross(n, pp), qq), 0 } - } -#end - -#macro punkt(p, staerke) - sphere { p, 1.5 * staerke } -#end - -#macro dreieck(p, q, r, farbe) - #declare n1 = vnormalize(vcross(p, q)); - #declare n2 = vnormalize(vcross(q, r)); - #declare n3 = vnormalize(vcross(r, p)); - intersection { - plane { n1, 0 } - plane { n2, 0 } - plane { n3, 0 } - sphere { <0, 0, 0>, 1 + 0.001 } - pigment { - color farbe - } - finish { - metallic - specular 0.4 - } - } -#end - -#macro ebenerwinkel(a, p, q, s, r, farbe) - #declare n = vnormalize(-vcross(p, q)); - #declare np = vnormalize(-vcross(p, n)); - #declare nq = -vnormalize(-vcross(q, n)); -// arrow(a, a + n, 0.02, White) -// arrow(a, a + np, 0.01, Red) -// arrow(a, a + nq, 0.01, Blue) - intersection { - cylinder { a - (s/2) * n, a + (s/2) * n, r } - plane { np, vdot(np, a) } - plane { nq, vdot(nq, a) } - pigment { - farbe - } - finish { - metallic - specular 0.5 - } - } -#end - -#macro komplement(a, p, q, s, r, farbe) - #declare n = vnormalize(-vcross(p, q)); -// arrow(a, a + n, 0.015, Orange) - #declare m = vnormalize(-vcross(q, n)); -// arrow(a, a + m, 0.015, Pink) - ebenerwinkel(a, p, m, s, r, farbe) -#end - -#declare fett = 0.015; -#declare fein = 0.010; - -#declare klein = 0.3; -#declare gross = 0.4; - -#declare dreieckfarbe = rgb<0.6,0.6,0.6>; -#declare rot = rgb<0.8,0.2,0.2>; -#declare gruen = rgb<0,0.6,0>; -#declare blau = rgb<0.2,0.2,0.8>; - -#declare kugelfarbe = rgb<0.8,0.8,0.8>; -#declare kugeltransparent = rgbt<0.8,0.8,0.8,0.5>; - -#macro kugel(farbe) -sphere { - <0, 0, 0>, 1 - pigment { - color farbe - } -} -#end - diff --git a/buch/papers/nav/images/dreieck3d1.pdf b/buch/papers/nav/images/dreieck3d1.pdf Binary files differindex 015bce7..fecaece 100644 --- a/buch/papers/nav/images/dreieck3d1.pdf +++ b/buch/papers/nav/images/dreieck3d1.pdf diff --git a/buch/papers/nav/images/dreieck3d1.pov b/buch/papers/nav/images/dreieck3d1.pov index e491075..336161c 100644 --- a/buch/papers/nav/images/dreieck3d1.pov +++ b/buch/papers/nav/images/dreieck3d1.pov @@ -3,8 +3,11 @@ // // (c) 2022 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule // +#version 3.7; #include "common.inc" +kugel(kugeldunkel) + union { seite(A, B, fett) seite(B, C, fett) diff --git a/buch/papers/nav/images/dreieck3d10.pov b/buch/papers/nav/images/dreieck3d10.pov new file mode 100644 index 0000000..2dd7c79 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/dreieck3d10.pov @@ -0,0 +1,46 @@ +// +// dreiecke3d10.pov +// +// (c) 2022 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +// +#include "common.inc" + +erde() + +#declare Stern1 = Deneb; +#declare Stern2 = Spica; + +koordinatennetz(gitterfarbe, 9, 0.001) + +union { + seite(A, Stern1, 0.5*fein) + seite(A, Stern2, 0.5*fein) + seite(A, Sakura, 0.5*fein) + seite(Stern1, Sakura, 0.5*fein) + seite(Stern2, Sakura, 0.5*fein) + seite(Stern1, Stern2, 0.5*fein) + + punkt(A, fein) + punkt(Sakura, fett) + punkt(Deneb, fein) + punkt(Spica, fein) + punkt(Altair, fein) + punkt(Arktur, fein) + pigment { + color Red + } +} + +//arrow(<-1.3,0,0>, <1.3,0,0>, fein, White) +arrow(<0,-1.3,0>, <0,1.3,0>, fein, White) +//arrow(<0,0,-1.3>, <0,0,1.3>, fein, White) + +#declare imagescale = 0.044; + +camera { + location <40, 20, -20> + look_at <0, 0.24, -0.20> + right x * imagescale + up y * imagescale +} + diff --git a/buch/papers/nav/images/dreieck3d2.pdf b/buch/papers/nav/images/dreieck3d2.pdf Binary files differindex 6b3f09d..28af5fe 100644 --- a/buch/papers/nav/images/dreieck3d2.pdf +++ b/buch/papers/nav/images/dreieck3d2.pdf diff --git a/buch/papers/nav/images/dreieck3d2.pov b/buch/papers/nav/images/dreieck3d2.pov index c0625ce..9e57d22 100644 --- a/buch/papers/nav/images/dreieck3d2.pov +++ b/buch/papers/nav/images/dreieck3d2.pov @@ -5,6 +5,8 @@ // #include "common.inc" +kugel(kugeldunkel) + union { seite(A, B, fett) seite(B, C, fett) diff --git a/buch/papers/nav/images/dreieck3d3.pdf b/buch/papers/nav/images/dreieck3d3.pdf Binary files differindex 7d79455..4fc4fc1 100644 --- a/buch/papers/nav/images/dreieck3d3.pdf +++ b/buch/papers/nav/images/dreieck3d3.pdf diff --git a/buch/papers/nav/images/dreieck3d3.pov b/buch/papers/nav/images/dreieck3d3.pov index b6f64d5..bde780b 100644 --- a/buch/papers/nav/images/dreieck3d3.pov +++ b/buch/papers/nav/images/dreieck3d3.pov @@ -5,6 +5,8 @@ // #include "common.inc" +kugel(kugeldunkel) + union { seite(A, B, fett) seite(B, C, fett) diff --git a/buch/papers/nav/images/dreieck3d4.pdf b/buch/papers/nav/images/dreieck3d4.pdf Binary files differindex e1ea757..0d57fc2 100644 --- a/buch/papers/nav/images/dreieck3d4.pdf +++ b/buch/papers/nav/images/dreieck3d4.pdf diff --git a/buch/papers/nav/images/dreieck3d4.pov b/buch/papers/nav/images/dreieck3d4.pov index b6f17e3..08f266b 100644 --- a/buch/papers/nav/images/dreieck3d4.pov +++ b/buch/papers/nav/images/dreieck3d4.pov @@ -5,6 +5,8 @@ // #include "common.inc" +kugel(kugelfarbe) + union { seite(A, B, fein) seite(A, C, fein) diff --git a/buch/papers/nav/images/dreieck3d5.pdf b/buch/papers/nav/images/dreieck3d5.pdf Binary files differindex 0c86d36..a5dd0ae 100644 --- a/buch/papers/nav/images/dreieck3d5.pdf +++ b/buch/papers/nav/images/dreieck3d5.pdf diff --git a/buch/papers/nav/images/dreieck3d5.pov b/buch/papers/nav/images/dreieck3d5.pov index 188f181..1aac0dc 100644 --- a/buch/papers/nav/images/dreieck3d5.pov +++ b/buch/papers/nav/images/dreieck3d5.pov @@ -5,6 +5,8 @@ // #include "common.inc" +kugel(kugeldunkel) + union { seite(A, B, fein) seite(A, C, fein) diff --git a/buch/papers/nav/images/dreieck3d6.pov b/buch/papers/nav/images/dreieck3d6.pov index 191a1e7..6bbd1a9 100644 --- a/buch/papers/nav/images/dreieck3d6.pov +++ b/buch/papers/nav/images/dreieck3d6.pov @@ -5,6 +5,8 @@ // #include "common.inc" +kugel(kugeldunkel) + union { seite(A, B, fett) seite(A, C, fett) diff --git a/buch/papers/nav/images/dreieck3d7.pov b/buch/papers/nav/images/dreieck3d7.pov index aae5c6c..45dc5d6 100644 --- a/buch/papers/nav/images/dreieck3d7.pov +++ b/buch/papers/nav/images/dreieck3d7.pov @@ -5,6 +5,8 @@ // #include "common.inc" +kugel(kugeldunkel) + union { seite(A, C, fett) seite(A, P, fett) diff --git a/buch/papers/nav/images/dreieck3d8.jpg b/buch/papers/nav/images/dreieck3d8.jpg Binary files differindex 52bd25e..f24ea33 100644 --- a/buch/papers/nav/images/dreieck3d8.jpg +++ b/buch/papers/nav/images/dreieck3d8.jpg diff --git a/buch/papers/nav/images/dreieck3d8.pdf b/buch/papers/nav/images/dreieck3d8.pdf Binary files differindex 9d630aa..da3b110 100644 --- a/buch/papers/nav/images/dreieck3d8.pdf +++ b/buch/papers/nav/images/dreieck3d8.pdf diff --git a/buch/papers/nav/images/dreieck3d8.pov b/buch/papers/nav/images/dreieck3d8.pov index 9e9921a..dae7f67 100644 --- a/buch/papers/nav/images/dreieck3d8.pov +++ b/buch/papers/nav/images/dreieck3d8.pov @@ -93,4 +93,5 @@ object { dreieck(A, B, C, White) +kugel(kugeldunkel) diff --git a/buch/papers/nav/images/macros.inc b/buch/papers/nav/images/macros.inc new file mode 100644 index 0000000..20cb2ff --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/macros.inc @@ -0,0 +1,345 @@ +// +// macros.inc -- 3d Darstellung +// +// (c) 2022 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +// +#version 3.7; +#include "colors.inc" + +// +// Dimensions +// +#declare fett = 0.015; +#declare fein = 0.010; + +#declare klein = 0.3; +#declare gross = 0.4; + +// +// colors +// +#declare dreieckfarbe = rgb<0.6,0.6,0.6>; +#declare rot = rgb<0.8,0.2,0.2>; +#declare gruen = rgb<0,0.6,0>; +#declare blau = rgb<0.2,0.2,0.8>; + +#declare bekannt = rgb<0.2,0.6,1>; +#declare unbekannt = rgb<1.0,0.6,0.8>; + +#declare kugelfarbe = rgb<0.8,0.8,0.8>; +#declare kugeldunkel = rgb<0.4,0.4,0.4>; +#declare kugeltransparent = rgbt<0.8,0.8,0.8,0.5>; + +#declare gitterfarbe = rgb<0.2,0.6,1>; +#declare gitterfarbe = rgb<1.0,0.8,0>; + +// +// Points Points +// +#declare O = <0, 0, 0>; +#declare Nordpol = vnormalize(< 0, 1, 0>); +#declare A = vnormalize(< 0, 1, 0>); +#declare B = vnormalize(< 1, 2, -8>); +#declare C = vnormalize(< 5, 1, 0>); +#declare P = vnormalize(< 5, -1, -7>); + +// +// \brief convert spherical coordinates to recctangular coordinates +// +// \param phi +// \param theta +// +#macro kugelpunkt(phi, theta) + < sin(theta) * cos(phi - pi), cos(theta), sin(theta) * sin(phi - pi) > +#end + +#declare Sakura = kugelpunkt(radians(140.2325498), radians(90 - 35.71548014)); +#declare Deneb = kugelpunkt(radians(191.9397759), radians(90 - 45.361194)); +#declare Spica = kugelpunkt(radians(82.9868559), radians(90 - (-11.279666))); +#declare Altair = kugelpunkt(radians(179.3616609), radians(90 - 8.928416)); +#declare Arktur = kugelpunkt(radians(95.5647759), radians(90 - 19.063222)); + +// +// draw an arrow from <from> to <to> with thickness <arrowthickness> with +// color <c> +// +#macro arrow(from, to, arrowthickness, c) +#declare arrowdirection = vnormalize(to - from); +#declare arrowlength = vlength(to - from); +union { + sphere { + from, 1.1 * arrowthickness + } + cylinder { + from, + from + (arrowlength - 5 * arrowthickness) * arrowdirection, + arrowthickness + } + cone { + from + (arrowlength - 5 * arrowthickness) * arrowdirection, + 2 * arrowthickness, + to, + 0 + } + pigment { + color c + } + finish { + specular 0.9 + metallic + } +} +#end + +#declare ntsteps = 100; + +// +// \brief Draw a circle +// +// \param b1 basis vector for a coordinate system of the plane containing +// the circle +// \param b2 the other basis vector +// \param o center of the circle +// \param thick diameter of the circular tube +// +#macro kreis(b1, b2, o, thick, maxwinkel) + #declare tpstep = pi / ntsteps; + #declare tp = tpstep; + #declare p1 = b1 + o; + sphere { p1, thick } + #declare tpstep = pi/ntsteps; + #while (tp < (maxwinkel - tpstep/2)) + #declare p2 = cos(tp) * b1 + sin(tp) * b2 + o; + cylinder { p1, p2, thick } + sphere { p2, thick } + #declare p1 = p2; + #declare tp = tp + tpstep; + #end + #if ((tp - tpstep) < maxwinkel) + #declare p2 = cos(maxwinkel) * b1 + sin(maxwinkel) * b2 + o; + cylinder { p1, p2, thick } + sphere { p2, thick } + #end +#end + +// +// \brief Draw a great circle +// +// \param normale the normal of the plane containing the great circle +// \param thick diameter +// +#macro grosskreis(normale, thick) + #declare other = < normale.y, -normale.x, normale.z >; + #declare b1 = vnormalize(vcross(other, normale)); + #declare b2 = vnormalize(vcross(normale, b1)); + kreis(b1, b2, <0,0,0>, thick, 2*pi) +#end + +// +// \brief Draw a circle of latitude +// +// \param theta latitude +// \param thick diameter +// +#macro breitenkreis(theta, thick) + #declare b1 = sin(theta) * kugelpunkt(0, pi/2); + #declare b2 = sin(theta) * kugelpunkt(pi/2, pi/2); + #declare o = < 0, cos(theta), 0 >; + kreis(b1, b2, o, thick, 2*pi) +#end + +// +// \brief Draw the great circle connecting the two points +// +// \param p first point +// \param q second point +// \param staerke diameter +// + +#macro seite(p, q, staerke) + #declare s1 = vnormalize(p); + #declare s2 = vnormalize(q); + #declare w = acos(vdot(s1, s2)); + #declare n = vnormalize(vcross(p, q)); + #declare s2 = vnormalize(vcross(n, s1)); + kreis(s1, s2, O, staerke, w) +#end + +// +// \brief Draw an angle +// +// \param w the edge where the angle is located +// \param p point on the first leg +// \param q point on the second leg +// \param r diameter of the angle +// +#macro winkel(w, p, q, staerke, r) + #declare n = vnormalize(w); + #declare pp = vnormalize(p - vdot(n, p) * n); + #declare qq = vnormalize(q - vdot(n, q) * n); + intersection { + sphere { O, 1 + staerke } + cone { O, 0, 1.2 * vnormalize(w), r } + plane { -vcross(n, qq) * vdot(vcross(n, qq), pp), 0 } + plane { -vcross(n, pp) * vdot(vcross(n, pp), qq), 0 } + } +#end + +// +// \brief Draw a point on the sphere as a circle +// +// \param p the point +// \param staerke the diameter of the point +// +#macro punkt(p, staerke) + sphere { p, 1.5 * staerke } +#end + +// +// \brief Draw a circle as a part of the differently colored cutout from +// the sphere +// +// \param p first point of the triangle +// \param q second point of the triangle +// \param r third point of the triangle +// \param farbe color +// +#macro dreieck(p, q, r, farbe) + #declare n1 = vnormalize(vcross(p, q)); + #declare n2 = vnormalize(vcross(q, r)); + #declare n3 = vnormalize(vcross(r, p)); + intersection { + plane { n1, 0 } + plane { n2, 0 } + plane { n3, 0 } + sphere { <0, 0, 0>, 1 + 0.001 } + pigment { + color farbe + } + finish { + metallic + specular 0.4 + } + } +#end + +// +// \brief +// +// \param a axis of the angle +// \param p first leg +// \param q second leg +// \param s thickness of the angle disk +// \param r radius of the angle disk +// \param farbe color +// +#macro ebenerwinkel(a, p, q, s, r, farbe) + #declare n = vnormalize(-vcross(p, q)); + #declare np = vnormalize(-vcross(p, n)); + #declare nq = -vnormalize(-vcross(q, n)); +// arrow(a, a + n, 0.02, White) +// arrow(a, a + np, 0.01, Red) +// arrow(a, a + nq, 0.01, Blue) + intersection { + cylinder { a - (s/2) * n, a + (s/2) * n, r } + plane { np, vdot(np, a) } + plane { nq, vdot(nq, a) } + pigment { + farbe + } + finish { + metallic + specular 0.5 + } + } +#end + +// +// \brief Show the complement angle +// +// +#macro komplement(a, p, q, s, r, farbe) + #declare n = vnormalize(-vcross(p, q)); +// arrow(a, a + n, 0.015, Orange) + #declare m = vnormalize(-vcross(q, n)); +// arrow(a, a + m, 0.015, Pink) + ebenerwinkel(a, p, m, s, r, farbe) +#end + +// +// \brief Show a coordinate grid on the sphere +// +// \param farbe the color of the grid +// \param thick the line thickness +// +#macro koordinatennetz(farbe, netzschritte, thick) +union { + // circles of latitude + #declare theta = pi/(2*netzschritte); + #declare thetastep = pi/(2*netzschritte); + #while (theta < pi - thetastep/2) + breitenkreis(theta, thick) + #declare theta = theta + thetastep; + #end + // cirles of longitude + #declare phi = 0; + #declare phistep = pi/(2*netzschritte); + #while (phi < pi-phistep/2) + grosskreis(kugelpunkt(phi, pi/2), thick) + #declare phi = phi + phistep; + #end + pigment { + color farbe + } + finish { + specular 0.9 + metallic + } +} +#end + +// +// \brief Display a color of given color +// +// \param farbe the color +// +#macro kugel(farbe) +sphere { + <0, 0, 0>, 1 + pigment { + color farbe + } +} +#end + +// +// \brief Display the earth +// +#macro erde(winkel) +sphere { + <0, 0, 0>, 1 + pigment { + image_map { + png "2k_earth_daymap.png" gamma 1.0 + map_type 1 + } + } + rotate <0,winkel,0> +} +#end + +// +// achse +// +#macro achse(durchmesser, farbe) + cylinder { + < 0, -1.2, 0 >, <0, 1.2, 0 >, durchmesser + pigment { + color farbe + } + finish { + specular 0.9 + metallic + } + } +#end diff --git a/buch/papers/nav/images/position/2k_earth_daymap.png b/buch/papers/nav/images/position/2k_earth_daymap.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..4d55da8 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/2k_earth_daymap.png diff --git a/buch/papers/nav/images/position/Makefile b/buch/papers/nav/images/position/Makefile new file mode 100644 index 0000000..eed2e56 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/Makefile @@ -0,0 +1,69 @@ +# +# Makefile to build images +# +# (c) 2022 +# +all: position + +POSITION = \ + position1.pdf position1-small.pdf \ + position2.pdf position2-small.pdf \ + position3.pdf position3-small.pdf \ + position4.pdf position4-small.pdf \ + position5.pdf position5-small.pdf + +position: $(POSITION) + +POVRAYOPTIONS = -W1080 -H1080 +#POVRAYOPTIONS = -W480 -H480 + +position1.png: position1.pov common.inc ../macros.inc + povray +A0.1 $(POVRAYOPTIONS) -Oposition1.png position1.pov +position1.jpg: position1.png + convert position1.png -density 300 -units PixelsPerInch position1.jpg +position1.pdf: position1.tex common.tex position1.jpg + pdflatex position1.tex + +position2.png: position2.pov common.inc ../macros.inc + povray +A0.1 $(POVRAYOPTIONS) -Oposition2.png position2.pov +position2.jpg: position2.png + convert position2.png -density 300 -units PixelsPerInch position2.jpg +position2.pdf: position2.tex common.tex position2.jpg + pdflatex position2.tex + +position3.png: position3.pov common.inc ../macros.inc + povray +A0.1 $(POVRAYOPTIONS) -Oposition3.png position3.pov +position3.jpg: position3.png + convert position3.png -density 300 -units PixelsPerInch position3.jpg +position3.pdf: position3.tex common.tex position3.jpg + pdflatex position3.tex + +position4.png: position4.pov common.inc ../macros.inc + povray +A0.1 $(POVRAYOPTIONS) -Oposition4.png position4.pov +position4.jpg: position4.png + convert position4.png -density 300 -units PixelsPerInch position4.jpg +position4.pdf: position4.tex common.tex position4.jpg + pdflatex position4.tex + +position5.png: position5.pov common.inc ../macros.inc + povray +A0.1 $(POVRAYOPTIONS) -Oposition5.png position5.pov +position5.jpg: position5.png + convert position5.png -density 300 -units PixelsPerInch position5.jpg +position5.pdf: position5.tex common.tex position5.jpg + pdflatex position5.tex + +position1-small.pdf: position1-small.tex common.tex position1.jpg + pdflatex position1-small.tex +position2-small.pdf: position2-small.tex common.tex position2.jpg + pdflatex position2-small.tex +position3-small.pdf: position3-small.tex common.tex position3.jpg + pdflatex position3-small.tex +position4-small.pdf: position4-small.tex common.tex position4.jpg + pdflatex position4-small.tex +position5-small.pdf: position5-small.tex common.tex position5.jpg + pdflatex position5-small.tex + +test: test.pdf + +test.pdf: test.tex $(POSITION) + pdflatex test.tex diff --git a/buch/papers/nav/images/position/common-small.tex b/buch/papers/nav/images/position/common-small.tex new file mode 100644 index 0000000..9430608 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/common-small.tex @@ -0,0 +1,32 @@ +% +% common.tex +% +% (c) 2022 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +% + +\def\labelA{\node at (0.7,3.8) {$A$};} +\def\labelB{\node at (-3.4,-0.8) {$B$};} +\def\labelC{\node at (3.3,-2.1) {$C$};} +\def\labelP{\node at (-1.4,-3.5) {$P$};} + +\def\labelc{\node at (-1.9,2.1) {$c$};} +\def\labela{\node at (-0.2,-1.2) {$a$};} +\def\labelb{\node at (2.6,1.5) {$b$};} + +\def\labelhb{\node at (-2.6,-2.2) {$h_B$};} +\def\labelhc{\node at (1,-2.9) {$h_C$};} +\def\labell{\node at (-0.7,0.3) {$l$};} + +\def\labelalpha{\node at (0.6,2.85) {$\alpha$};} +\def\labelbeta{\node at (-2.5,-0.5) {$\beta$};} +\def\labelgamma{\node at (2.3,-1.2) {$\gamma$};} +\def\labelomega{\node at (0.85,3.3) {$\omega$};} + +\def\labelgammaone{\node at (2.1,-2.0) {$\gamma_1$};} +\def\labelgammatwo{\node at (2.3,-1.3) {$\gamma_2$};} +\def\labelbetaone{\node at (-2.4,-1.4) {$\beta_1$};} +\def\labelbetatwo{\node at (-2.5,-0.8) {$\beta_2$};} + +\def\labelomegalinks{\node at (0.25,3.25) {$\omega$};} +\def\labelomegarechts{\node at (0.85,3.1) {$\omega$};} + diff --git a/buch/papers/nav/images/position/common.inc b/buch/papers/nav/images/position/common.inc new file mode 100644 index 0000000..56e2836 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/common.inc @@ -0,0 +1,39 @@ +// +// common.inc -- 3d Darstellung +// +// (c) 2022 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +// +#version 3.7; +#include "colors.inc" +#include "../macros.inc" + +global_settings { + assumed_gamma 1 +} + +#declare imagescale = 0.034; + +camera { + location <40, 20, -20> + look_at <0, 0.24, -0.20> + right x * imagescale + up y * imagescale +} + +light_source { + <30, 10, -40> color White + area_light <1,0,0> <0,0,1>, 10, 10 + adaptive 1 + jitter +} + +sky_sphere { + pigment { + color rgb<1,1,1> + } +} + +//kugel(kugeldunkel) +erde(-100) +koordinatennetz(gitterfarbe, 9, 0.001) +achse(fein, White) diff --git a/buch/papers/nav/images/position/common.tex b/buch/papers/nav/images/position/common.tex new file mode 100644 index 0000000..9430608 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/common.tex @@ -0,0 +1,32 @@ +% +% common.tex +% +% (c) 2022 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +% + +\def\labelA{\node at (0.7,3.8) {$A$};} +\def\labelB{\node at (-3.4,-0.8) {$B$};} +\def\labelC{\node at (3.3,-2.1) {$C$};} +\def\labelP{\node at (-1.4,-3.5) {$P$};} + +\def\labelc{\node at (-1.9,2.1) {$c$};} +\def\labela{\node at (-0.2,-1.2) {$a$};} +\def\labelb{\node at (2.6,1.5) {$b$};} + +\def\labelhb{\node at (-2.6,-2.2) {$h_B$};} +\def\labelhc{\node at (1,-2.9) {$h_C$};} +\def\labell{\node at (-0.7,0.3) {$l$};} + +\def\labelalpha{\node at (0.6,2.85) {$\alpha$};} +\def\labelbeta{\node at (-2.5,-0.5) {$\beta$};} +\def\labelgamma{\node at (2.3,-1.2) {$\gamma$};} +\def\labelomega{\node at (0.85,3.3) {$\omega$};} + +\def\labelgammaone{\node at (2.1,-2.0) {$\gamma_1$};} +\def\labelgammatwo{\node at (2.3,-1.3) {$\gamma_2$};} +\def\labelbetaone{\node at (-2.4,-1.4) {$\beta_1$};} +\def\labelbetatwo{\node at (-2.5,-0.8) {$\beta_2$};} + +\def\labelomegalinks{\node at (0.25,3.25) {$\omega$};} +\def\labelomegarechts{\node at (0.85,3.1) {$\omega$};} + diff --git a/buch/papers/nav/images/position/position1-small.pdf b/buch/papers/nav/images/position/position1-small.pdf Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..ba7755f --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/position1-small.pdf diff --git a/buch/papers/nav/images/position/position1-small.tex b/buch/papers/nav/images/position/position1-small.tex new file mode 100644 index 0000000..05fad44 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/position1-small.tex @@ -0,0 +1,55 @@ +% +% position1-small.tex +% +% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +% +\documentclass[tikz]{standalone} +\usepackage{times} +\usepackage{amsmath} +\usepackage{txfonts} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{graphics} +\usetikzlibrary{arrows,intersections,math} +\usepackage{ifthen} +\begin{document} + +\input{common-small.tex} + +\newboolean{showgrid} +\setboolean{showgrid}{false} +\def\breite{4} +\def\hoehe{4} + +\begin{tikzpicture}[>=latex,thick,scale=0.625] + +% Povray Bild +\node at (0,0) {\includegraphics[width=5cm]{position1.jpg}}; + +% Gitter +\ifthenelse{\boolean{showgrid}}{ +\draw[step=0.1,line width=0.1pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw[step=0.5,line width=0.4pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\fill (0,0) circle[radius=0.05]; +}{} + +\labelA +\labelB +\labelC +\labelP + +\labelc +\labela +\labelb +\labell + +\labelhb +\labelhc + +\labelalpha +\labelomega + +\end{tikzpicture} + +\end{document} + diff --git a/buch/papers/nav/images/position/position1.pdf b/buch/papers/nav/images/position/position1.pdf Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..fc4f760 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/position1.pdf diff --git a/buch/papers/nav/images/position/position1.pov b/buch/papers/nav/images/position/position1.pov new file mode 100644 index 0000000..a79a9f1 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/position1.pov @@ -0,0 +1,71 @@ +// +// position1.pov +// +// (c) 2022 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +// +#version 3.7; +#include "common.inc" + +union { + seite(B, C, fett) + punkt(A, fett) + punkt(B, fett) + punkt(C, fett) + punkt(P, fett) + pigment { + color dreieckfarbe + } + finish { + specular 0.95 + metallic + } +} + +union { + seite(A, P, fett) + pigment { + color rot + } + finish { + specular 0.95 + metallic + } +} + + +union { + seite(A, B, fett) + seite(A, C, fett) + seite(B, P, fett) + seite(C, P, fett) + pigment { + color bekannt + } + finish { + specular 0.95 + metallic + } +} + +object { + winkel(A, B, C, fein, gross) + pigment { + color bekannt + } + finish { + specular 0.95 + metallic + } +} + +object { + winkel(A, P, C, fett, klein) + pigment { + color rot + } + finish { + specular 0.95 + metallic + } +} + diff --git a/buch/papers/nav/images/position/position1.tex b/buch/papers/nav/images/position/position1.tex new file mode 100644 index 0000000..d6c21c3 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/position1.tex @@ -0,0 +1,55 @@ +% +% dreieck3d1.tex +% +% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +% +\documentclass[tikz]{standalone} +\usepackage{times} +\usepackage{amsmath} +\usepackage{txfonts} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{graphics} +\usetikzlibrary{arrows,intersections,math} +\usepackage{ifthen} +\begin{document} + +\input{common.tex} + +\newboolean{showgrid} +\setboolean{showgrid}{false} +\def\breite{4} +\def\hoehe{4} + +\begin{tikzpicture}[>=latex,thick] + +% Povray Bild +\node at (0,0) {\includegraphics[width=8cm]{position1.jpg}}; + +% Gitter +\ifthenelse{\boolean{showgrid}}{ +\draw[step=0.1,line width=0.1pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw[step=0.5,line width=0.4pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\fill (0,0) circle[radius=0.05]; +}{} + +\labelA +\labelB +\labelC +\labelP + +\labelc +\labela +\labelb +\labell + +\labelhb +\labelhc + +\labelalpha +\labelomega + +\end{tikzpicture} + +\end{document} + diff --git a/buch/papers/nav/images/position/position2-small.pdf b/buch/papers/nav/images/position/position2-small.pdf Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..3333dd4 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/position2-small.pdf diff --git a/buch/papers/nav/images/position/position2-small.tex b/buch/papers/nav/images/position/position2-small.tex new file mode 100644 index 0000000..e5c33cf --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/position2-small.tex @@ -0,0 +1,53 @@ +% +% position2-small.tex +% +% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +% +\documentclass[tikz]{standalone} +\usepackage{times} +\usepackage{amsmath} +\usepackage{txfonts} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{graphics} +\usetikzlibrary{arrows,intersections,math} +\usepackage{ifthen} +\begin{document} + +\input{common-small.tex} + +\newboolean{showgrid} +\setboolean{showgrid}{false} +\def\breite{4} +\def\hoehe{4} + +\begin{tikzpicture}[>=latex,thick,scale=0.625] + +% Povray Bild +\node at (0,0) {\includegraphics[width=5cm]{position2.jpg}}; + +% Gitter +\ifthenelse{\boolean{showgrid}}{ +\draw[step=0.1,line width=0.1pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw[step=0.5,line width=0.4pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\fill (0,0) circle[radius=0.05]; +}{} + +\labelA +\labelB +\labelC + +\labelc +\labela +\labelb + +\begin{scope}[yshift=0.3cm,xshift=0.1cm] +\labelalpha +\end{scope} +\labelbeta +\labelgamma + +\end{tikzpicture} + +\end{document} + diff --git a/buch/papers/nav/images/position/position2.pdf b/buch/papers/nav/images/position/position2.pdf Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..dbd2ea9 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/position2.pdf diff --git a/buch/papers/nav/images/position/position2.pov b/buch/papers/nav/images/position/position2.pov new file mode 100644 index 0000000..2abcd94 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/position2.pov @@ -0,0 +1,70 @@ +// +// position3.pov +// +// (c) 2022 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +// +#version 3.7; +#include "common.inc" + +dreieck(A, B, C, kugelfarbe) + +union { + punkt(A, fett) + punkt(B, fett) + punkt(C, fett) + pigment { + color dreieckfarbe + } + finish { + specular 0.95 + metallic + } +} + +union { + seite(A, B, fett) + seite(A, C, fett) + pigment { + color bekannt + } + finish { + specular 0.95 + metallic + } +} + +union { + seite(B, C, fett) + pigment { + color unbekannt + } + finish { + specular 0.95 + metallic + } +} + +object { + winkel(A, B, C, fein, gross) + pigment { + color bekannt + } + finish { + specular 0.95 + metallic + } +} + +union { + winkel(B, C, A, fein, gross) + winkel(C, A, B, fein, gross) + pigment { + color unbekannt + } + finish { + specular 0.95 + metallic + } +} + + diff --git a/buch/papers/nav/images/position/position2.tex b/buch/papers/nav/images/position/position2.tex new file mode 100644 index 0000000..339592c --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/position2.tex @@ -0,0 +1,53 @@ +% +% position2.tex +% +% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +% +\documentclass[tikz]{standalone} +\usepackage{times} +\usepackage{amsmath} +\usepackage{txfonts} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{graphics} +\usetikzlibrary{arrows,intersections,math} +\usepackage{ifthen} +\begin{document} + +\input{common.tex} + +\newboolean{showgrid} +\setboolean{showgrid}{false} +\def\breite{4} +\def\hoehe{4} + +\begin{tikzpicture}[>=latex,thick] + +% Povray Bild +\node at (0,0) {\includegraphics[width=8cm]{position2.jpg}}; + +% Gitter +\ifthenelse{\boolean{showgrid}}{ +\draw[step=0.1,line width=0.1pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw[step=0.5,line width=0.4pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\fill (0,0) circle[radius=0.05]; +}{} + +\labelA +\labelB +\labelC + +\labelc +\labela +\labelb + +\begin{scope}[yshift=0.3cm,xshift=0.1cm] +\labelalpha +\end{scope} +\labelbeta +\labelgamma + +\end{tikzpicture} + +\end{document} + diff --git a/buch/papers/nav/images/position/position3-small.pdf b/buch/papers/nav/images/position/position3-small.pdf Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..fae0b85 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/position3-small.pdf diff --git a/buch/papers/nav/images/position/position3-small.tex b/buch/papers/nav/images/position/position3-small.tex new file mode 100644 index 0000000..4f7b0e9 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/position3-small.tex @@ -0,0 +1,51 @@ +% +% position3-small.tex +% +% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +% +\documentclass[tikz]{standalone} +\usepackage{times} +\usepackage{amsmath} +\usepackage{txfonts} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{graphics} +\usetikzlibrary{arrows,intersections,math} +\usepackage{ifthen} +\begin{document} + +\input{common-small.tex} + +\newboolean{showgrid} +\setboolean{showgrid}{false} +\def\breite{4} +\def\hoehe{4} + +\begin{tikzpicture}[>=latex,thick,scale=0.625] + +% Povray Bild +\node at (0,0) {\includegraphics[width=5cm]{position3.jpg}}; + +% Gitter +\ifthenelse{\boolean{showgrid}}{ +\draw[step=0.1,line width=0.1pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw[step=0.5,line width=0.4pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\fill (0,0) circle[radius=0.05]; +}{} + +\labelB +\labelC +\labelP + +\labela + +\labelhb +\labelhc + +\labelbetaone +\labelgammaone + +\end{tikzpicture} + +\end{document} + diff --git a/buch/papers/nav/images/position/position3.pdf b/buch/papers/nav/images/position/position3.pdf Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..2c940d2 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/position3.pdf diff --git a/buch/papers/nav/images/position/position3.pov b/buch/papers/nav/images/position/position3.pov new file mode 100644 index 0000000..f6823eb --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/position3.pov @@ -0,0 +1,48 @@ +// +// position3.pov +// +// (c) 2022 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +// +#version 3.7; +#include "common.inc" + +dreieck(B, P, C, kugelfarbe) + +union { + punkt(B, fett) + punkt(C, fett) + punkt(P, fett) + pigment { + color dreieckfarbe + } + finish { + specular 0.95 + metallic + } +} + +union { + seite(B, C, fett) + seite(B, P, fett) + seite(C, P, fett) + pigment { + color bekannt + } + finish { + specular 0.95 + metallic + } 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+\draw[step=0.1,line width=0.1pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw[step=0.5,line width=0.4pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\fill (0,0) circle[radius=0.05]; +}{} + +\labelB +\labelC +\labelP + +\labela + +\labelhb +\labelhc + +\labelbetaone +\labelgammaone + +\end{tikzpicture} + +\end{document} + diff --git a/buch/papers/nav/images/position/position4-small.pdf b/buch/papers/nav/images/position/position4-small.pdf Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..ac80c46 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/position4-small.pdf diff --git a/buch/papers/nav/images/position/position4-small.tex b/buch/papers/nav/images/position/position4-small.tex new file mode 100644 index 0000000..e06523b --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/position4-small.tex @@ -0,0 +1,50 @@ +% +% position4-small.tex +% +% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +% +\documentclass[tikz]{standalone} +\usepackage{times} +\usepackage{amsmath} +\usepackage{txfonts} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{graphics} +\usetikzlibrary{arrows,intersections,math} +\usepackage{ifthen} +\begin{document} + +\input{common-small.tex} + +\newboolean{showgrid} +\setboolean{showgrid}{false} +\def\breite{4} +\def\hoehe{4} + +\begin{tikzpicture}[>=latex,thick,scale=0.625] + +% Povray Bild +\node at (0,0) {\includegraphics[width=5cm]{position4.jpg}}; + +% Gitter +\ifthenelse{\boolean{showgrid}}{ +\draw[step=0.1,line width=0.1pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw[step=0.5,line width=0.4pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\fill (0,0) circle[radius=0.05]; +}{} + +\labelA +\labelB +\labelP + +\labelc +\labell +\labelhb + +\labelomegalinks +\labelbetatwo + +\end{tikzpicture} + +\end{document} + diff --git a/buch/papers/nav/images/position/position4.pdf b/buch/papers/nav/images/position/position4.pdf Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..8eeeaac --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/position4.pdf diff --git a/buch/papers/nav/images/position/position4.pov b/buch/papers/nav/images/position/position4.pov new file mode 100644 index 0000000..80628f9 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/position4.pov @@ -0,0 +1,69 @@ +// +// position4.pov +// +// (c) 2022 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +// +#version 3.7; +#include "common.inc" + +dreieck(A, B, P, kugelfarbe) + +union { + punkt(A, fett) + punkt(B, fett) + punkt(P, fett) + pigment { + color dreieckfarbe + } + finish { + specular 0.95 + metallic + } +} + +union { + seite(A, P, fett) + pigment { + color unbekannt + } + finish { + specular 0.95 + metallic + } +} + + +union { + seite(A, B, fett) + seite(B, P, fett) + pigment { + color bekannt + } + finish { + specular 0.95 + metallic + } +} + +object { + winkel(B, P, A, fein, 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Ostschweizer Fachhochschule +% +\documentclass[tikz]{standalone} +\usepackage{times} +\usepackage{amsmath} +\usepackage{txfonts} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{graphics} +\usetikzlibrary{arrows,intersections,math} +\usepackage{ifthen} +\begin{document} + +\input{common-small.tex} + +\newboolean{showgrid} +\setboolean{showgrid}{false} +\def\breite{4} +\def\hoehe{4} + +\begin{tikzpicture}[>=latex,thick,scale=0.625] + +% Povray Bild +\node at (0,0) {\includegraphics[width=5cm]{position5.jpg}}; + +% Gitter +\ifthenelse{\boolean{showgrid}}{ +\draw[step=0.1,line width=0.1pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw[step=0.5,line width=0.4pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\fill (0,0) circle[radius=0.05]; +}{} + +\labelA +\labelC +\labelP + +\labelb +\labell +\labelhc + +\labelomegarechts +\labelgammatwo + +\end{tikzpicture} + +\end{document} + diff --git a/buch/papers/nav/images/position/position5.pdf b/buch/papers/nav/images/position/position5.pdf Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..05a64cb --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/position5.pdf diff --git a/buch/papers/nav/images/position/position5.pov b/buch/papers/nav/images/position/position5.pov new file mode 100644 index 0000000..7ed33c5 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/position5.pov @@ -0,0 +1,69 @@ +// +// position5.pov +// +// (c) 2022 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +// +#version 3.7; +#include "common.inc" + +dreieck(A, P, C, kugelfarbe) + +union { + punkt(A, fett) + punkt(C, fett) + punkt(P, fett) + pigment { + color dreieckfarbe + } + finish { + specular 0.95 + metallic + } +} + +union { + seite(A, P, fett) + pigment { + color unbekannt + } + finish { + specular 0.95 + metallic + } +} + + +union { + seite(A, C, fett) + seite(C, P, fett) + pigment { + color bekannt + } + finish { + specular 0.95 + metallic + } +} + +object { + winkel(C, P, A, fein, 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Gitter +\ifthenelse{\boolean{showgrid}}{ +\draw[step=0.1,line width=0.1pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw[step=0.5,line width=0.4pt] (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\draw (-\breite,-\hoehe) grid (\breite, \hoehe); +\fill (0,0) circle[radius=0.05]; +}{} + +\labelA +\labelC +\labelP + +\labelb +\labell +\labelhc + +\labelomegarechts +\labelgammatwo + +\end{tikzpicture} + +\end{document} + diff --git a/buch/papers/nav/images/position/test.tex b/buch/papers/nav/images/position/test.tex new file mode 100644 index 0000000..3247ed1 --- /dev/null +++ b/buch/papers/nav/images/position/test.tex @@ -0,0 +1,135 @@ +% +% test.tex +% +% (c) 2022 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule +% +\documentclass[12pt]{article} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage[T1]{fontenc} +\usepackage{etex} +\usepackage[ngerman]{babel} +\usepackage{times} +\usepackage{amsmath} +\usepackage{amssymb} +\usepackage{amsfonts} +\usepackage{amsthm} +\usepackage{graphicx} +\usepackage{wrapfig} +\begin{document} + +\begin{wrapfigure}{R}{5.6cm} +\includegraphics{position1-small.pdf} +\end{wrapfigure} +Lorem ipsum dolor sit amet, consectetuer adipiscing elit. +Aenean +commodo ligula eget dolor. +Aenean massa. +Cum sociis natoque penatibus +et magnis dis parturient montes, nascetur ridiculus mus. +Donec quam +felis, ultricies nec, pellentesque eu, pretium quis, sem. +Nulla +consequat massa quis enim. +Donec pede justo, fringilla vel, aliquet +nec, vulputate eget, arcu. +In enim justo, rhoncus ut, imperdiet a, +venenatis vitae, justo. +Nullam dictum felis eu pede mollis pretium. +Integer tincidunt. +Cras dapibus. +Vivamus elementum semper nisi. +Aenean vulputate eleifend tellus. +Aenean leo ligula, porttitor eu, +consequat vitae, eleifend ac, enim. +Aliquam lorem ante, dapibus in, +viverra quis, feugiat a, tellus. + +\begin{wrapfigure}{R}{5.2cm} +\includegraphics{position2-small.pdf} +\end{wrapfigure} +Maecenas tempus, tellus eget condimentum rhoncus, sem quam semper +libero, sit amet adipiscing sem neque sed ipsum. Nam quam nunc, +blandit vel, luctus pulvinar, hendrerit id, lorem. Maecenas nec +odio et ante tincidunt tempus. Donec vitae sapien ut libero venenatis +faucibus. Nullam quis ante. Etiam sit amet orci eget eros faucibus +tincidunt. Duis leo. Sed fringilla mauris sit amet nibh. Donec +sodales sagittis magna. Sed consequat, leo eget bibendum sodales, +augue velit cursus nunc, quis gravida magna mi a libero. Fusce +vulputate eleifend sapien. Vestibulum purus quam, scelerisque ut, +mollis sed, nonummy id, metus. Nullam accumsan lorem in dui. Cras +ultricies mi eu turpis hendrerit fringilla. Vestibulum ante ipsum +primis in faucibus orci luctus et ultrices posuere cubilia Curae; + +\pagebreak + +\begin{wrapfigure}{R}{5.2cm} +\includegraphics{position3-small.pdf} +\end{wrapfigure} +Integer ante arcu, accumsan a, consectetuer eget, posuere ut, mauris. +Praesent adipiscing. Phasellus ullamcorper ipsum rutrum nunc. Nunc +nonummy metus. Vestibulum volutpat pretium libero. Cras id dui. +Aenean ut eros et nisl sagittis vestibulum. Nullam nulla eros, +ultricies sit amet, nonummy id, imperdiet feugiat, pede. Sed lectus. +Donec mollis hendrerit risus. Phasellus nec sem in justo pellentesque +facilisis. Etiam imperdiet imperdiet orci. Nunc nec neque. Phasellus +leo dolor, tempus non, auctor et, hendrerit quis, nisi. Curabitur +ligula sapien, tincidunt non, euismod vitae, posuere imperdiet, +leo. Maecenas malesuada. Praesent congue erat at massa. Sed cursus +turpis vitae tortor. Donec posuere vulputate arcu. Phasellus accumsan +cursus velit. Vestibulum ante ipsum primis in faucibus orci luctus +et ultrices posuere cubilia Curae; Sed aliquam, nisi quis porttitor +congue, elit erat euismod orci, ac placerat dolor lectus quis orci. +Phasellus consectetuer vestibulum elit. + +\begin{wrapfigure}{R}{5.2cm} +\includegraphics{position4-small.pdf} +\end{wrapfigure} +Aenean tellus metus, bibendum sed, posuere ac, mattis non, nunc. +Vestibulum fringilla pede sit amet augue. In turpis. Pellentesque +posuere. Praesent turpis. Aenean posuere, tortor sed cursus feugiat, +nunc augue blandit nunc, eu sollicitudin urna dolor sagittis lacus. +Donec elit libero, sodales nec, volutpat a, suscipit non, turpis. +Nullam sagittis. Suspendisse pulvinar, augue ac venenatis condimentum, +sem libero volutpat nibh, nec pellentesque velit pede quis nunc. +Vestibulum ante ipsum primis in faucibus orci luctus et ultrices +posuere cubilia Curae; Fusce id purus. Ut varius tincidunt libero. +Phasellus dolor. Maecenas vestibulum mollis diam. Pellentesque ut +neque. Pellentesque habitant morbi tristique senectus et netus et +malesuada fames ac turpis egestas. In dui magna, posuere eget, +vestibulum et, tempor auctor, justo. In ac felis quis tortor malesuada +pretium. Pellentesque auctor neque nec urna. + +\pagebreak + +\begin{wrapfigure}{R}{5.2cm} +\includegraphics{position5-small.pdf} +\end{wrapfigure} +Proin sapien ipsum, porta a, auctor quis, euismod ut, mi. Aenean +viverra rhoncus pede. Pellentesque habitant morbi tristique senectus +et netus et malesuada fames ac turpis egestas. Ut non enim eleifend +felis pretium feugiat. Vivamus quis mi. Phasellus a est. Phasellus +magna. In hac habitasse platea dictumst. Curabitur at lacus ac velit +ornare lobortis. Curabitur a felis in nunc fringilla tristique. +Morbi mattis ullamcorper velit. Phasellus gravida semper nisi. +Nullam vel sem. Pellentesque libero tortor, tincidunt et, tincidunt +eget, semper nec, quam. Sed hendrerit. Morbi ac felis. 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Etiam +ut purus mattis mauris + +\end{document} diff --git a/buch/papers/nav/main.tex b/buch/papers/nav/main.tex index 4c52547..f993559 100644 --- a/buch/papers/nav/main.tex +++ b/buch/papers/nav/main.tex @@ -15,6 +15,7 @@ \input{papers/nav/sincos.tex} \input{papers/nav/trigo.tex} \input{papers/nav/nautischesdreieck.tex} +\input{papers/nav/bsp2.tex} \printbibliography[heading=subbibliography] diff --git a/buch/papers/nav/nautischesdreieck.tex b/buch/papers/nav/nautischesdreieck.tex index 36e9c99..32d1b8b 100644 --- a/buch/papers/nav/nautischesdreieck.tex +++ b/buch/papers/nav/nautischesdreieck.tex @@ -1,10 +1,11 @@ \section{Das Nautische Dreieck} +\rhead{Das nautische Dreieck} \subsection{Definition des Nautischen Dreiecks} Die Himmelskugel ist eine gedachte Kugel, welche die Erde und dessen Beobachter umgibt und als Rechenfläche für Koordinaten in der Astronomie und Geodäsie dient. Der Zenit ist jener Punkt, der vom Erdmittelpunkt durch denn eigenen Standort an die Himmelskugel verlängert wird. -Ein Gestirn ist ein Planet oder ein Fixstern, zu welchen es diverse Jahrbücher mit allen astronomischen Eigenschaften gibt. +Als Gestirne kommen Sterne und Planeten in Frage, zu welchen in diversen Jahrbüchern die für die Navigation nötigen Daten publiziert sind. Der Himmelspol ist der Nordpol an die Himmelskugel projiziert. -Das nautische Dreieck hat die Ecken Zenit, Gestirn und Himmelspol, wie man in der Abbildung 21.5 sehen kann. +Das nautische Dreieck hat die Ecken Zenit, Gestirn und Himmelspol, wie man in der Abbildung \ref{naut} sehen kann. Ursprünglich ist das nautische Dreieck ein Hilfsmittel der sphärischen Astronomie um die momentane Position eines Fixsterns oder Planeten an der Himmelskugel zu bestimmen. @@ -13,21 +14,24 @@ Ursprünglich ist das nautische Dreieck ein Hilfsmittel der sphärischen Astrono \begin{center} \includegraphics[width=8cm]{papers/nav/bilder/kugel3.png} \caption[Nautisches Dreieck]{Nautisches Dreieck} + \label{naut} \end{center} \end{figure} Man kann das nautische Dreieck auf die Erdkugel projizieren. Dieses Dreieck nennt man dann Bilddreieck. Als Bildpunkt wird in der astronomischen Navigation der Punkt bezeichnet, an dem eine gedachte Linie vom Mittelpunkt eines beobachteten Gestirns zum Mittelpunkt der Erde die Erdoberfläche schneidet. -Die Projektion auf der Erdkugel hat die Ecken Nordpol, Standort und Bildpunkt. +Die Projektion des nautischen Dreiecks auf die Erdkugel hat die Ecken Nordpol, Standort und Bildpunkt. \section{Standortbestimmung ohne elektronische Hilfsmittel} +\label{sta} Um den eigenen Standort herauszufinden, wird in diesem Kapitel die Projektion des nautische Dreiecks auf die Erdkugel zur Hilfe genommen. Mithilfe eines Sextanten, einem Jahrbuch und der sphärischen Trigonometrie kann man dann die Längen- und Breitengrade des eigenen Standortes bestimmen. -Was ein Sextant und ein Jahrbuch ist, wird im Abschnitt 21.6.3 erklärt. +Was ein Sextant und ein Jahrbuch ist, wird im Abschnitt \ref{ephe} erklärt. \begin{figure} \begin{center} \includegraphics[width=10cm]{papers/nav/bilder/dreieck.pdf} \caption[Dreieck für die Standortbestimmung]{Dreieck für die Standortbestimmung} + \label{d1} \end{center} \end{figure} @@ -39,15 +43,16 @@ Unser eigener Standort ist der gesuchte Ecke $P$ und die Ecke $A$ ist in unserem Der Vorteil an der Idee des nautischen Dreiecks ist, dass eine Ecke immer der Nordpol ist. Somit ist diese Ecke immer bekannt und nur deswegen sind die Zusammenhänge von Rektaszension, Sternzeit und Deklination so einfach. -\subsection{Ecke $B$ und $C$ - Bildpunkt $X$ und $Y$} +\subsection{Ecke $B$ und $C$ - Bildpunkt von $X$ und $Y$} Für die Standortermittlung benötigt man als weiteren Punkt ein Gestirn bzw. seinen Bildpunkt auf der Erdkugel. Damit das trigonometrische Rechnen einfacher wird, werden hier zwei Gestirne zur Hilfe genommen. Es gibt diverse Gestirne, die man nutzen kann wie zum Beispiel die Sonne, der Mond oder die vier Navigationsplaneten Venus, Mars, Jupiter und Saturn. -Die Bildpunkte von den beiden Gestirnen $X$ und $Y$ bilden die beiden Ecken $B$ und $C$ im Dreieck der Abbildung 21.5. +Die Bildpunkte von den beiden Gestirnen $X$ und $Y$ bilden die beiden Ecken $B$ und $C$ im Dreieck der Abbildung \ref{d1}. \subsection{Ephemeriden} -Zu all diesen Gestirnen gibt es Ephemeriden. -Diese enthalten die Rektaszensionen und Deklinationen in Abhängigkeit von der Zeit. +\label{ephe} +Zu all diesen Gestirnen gibt es Ephemeridentabellen. +Diese Tabellen enthalten die Rektaszensionen und Deklinationen in Abhängigkeit von der Zeit. \begin{figure} \begin{center} @@ -63,20 +68,19 @@ Die Deklination $\delta$ beschreibt den Winkel zwischen dem Himmelsäquator und Die Rektaszension $\alpha$ gibt an, in welchem Winkel das Gestirn zum Frühlingspunkt, welcher der Nullpunkt auf dem Himmelsäquator ist, steht und geht vom Koordinatensystem der Himmelskugel aus. Die Tatsache, dass sich die Himmelskugel ca. vier Minuten schneller um die eigene Achse dreht als die Erdkugel, stellt hier ein kleines Problem dar. -Die Lösung ist die Sternzeit. -Mit dieser können wir die schnellere Drehung der Himmelskugel ausgleichen und können die am Frühlingspunkt (21. März) 12:00 Uhr ist die Sternzeit $\theta = 0$. - -Die Sternzeit geht vom Frühlungspunkt aus, an welchem die Sonne den Himmelsäquator schneidet. +Die Lösung ist die Sternzeit $\theta$. +Mit dieser können wir die schnellere Drehung der Himmelskugel ausgleichen. +Die Sternzeit geht vom Frühlungspunkt aus, an welchem die Sonne den Himmelsäquator schneidet und $\theta=0$ ist. Für die Standortermittlung auf der Erdkugel ist es am einfachsten, wenn man die Sternzeit von Greenwich berechnet. Für die Sternzeit von Greenwich $\theta$ braucht man als erstes das Julianische Datum $T$ vom aktuellen Tag, welches sich leicht nachschlagen lässt. Im Anschluss berechnet man die Sternzeit von Greenwich -\[\theta = 6^h 41^m 50^s,54841 + 8640184^s,812866 \cdot T + 0^s,093104 \cdot T^2 - 0^s,0000062 \cdot T^3.\] +\[\theta = 6^h 41^m 50^s.54841 + 8640184^s.812866 \cdot T + 0^s.093104 \cdot T^2 - 0^s.0000062 \cdot T^3.\] Wenn man die Sternzeit von Greenwich ausgerechnet hat, kann man den Längengrad des Gestirns $\lambda = \theta - \alpha$ bestimmen, wobei $\alpha$ die Rektaszension und $\theta$ die Sternzeit von Greenwich ist. Dies gilt analog auch für das zweite Gestirn. \subsubsection{Sextant} -Ein Sextant ist ein nautisches Messinstrument, mit dem man den Winkel zwischen der Blickrichtung zu weit entfernten Objekten bestimmen kann. Es wird vor allem der Winkelabstand zu Gestirnen gemessen. +Ein Sextant ist ein nautisches Messinstrument, mit dem man den Winkel zwischen der Blickrichtung zu weit entfernten Objekten bestimmen kann. Es wird vor allem der Winkelabstand vom Horizont zum Gestirn gemessen. Man benutzt ihn vor allem für die astronomische Navigation auf See. \begin{figure} @@ -85,49 +89,24 @@ Man benutzt ihn vor allem für die astronomische Navigation auf See. \caption[Sextant]{Sextant} \end{center} \end{figure} -\subsubsection{Eingeschaften} -Für das nautische Dreieck gibt es folgende Eigenschaften: -\begin{center} - \begin{tabular}{ l c l } - Legende && Name / Beziehung \\ - \hline - $\alpha$ && Rektaszension \\ - $\delta$ && Deklination \\ - $\theta$ && Sternzeit von Greenwich\\ - $\phi$ && Geographische Breite\\ - $\tau=\theta-\alpha$ && Stundenwinkel und Längengrad des Gestirns. \\ - $a$ && Azimut\\ - $h$ && Höhe - \end{tabular} -\end{center} -\begin{center} - \begin{tabular}{ l c l } - Eigenschaften \\ - \hline - Seitenlänge Zenit zu Himmelspol= && $\frac{\pi}{2} - \phi$ \\ - Seitenlänge Himmelspol zu Gestirn= && $\frac{\pi}{2} - \delta$ \\ - Seitenlänge Himmelspol zu Gestirn= && $\frac{\pi}{2} - h$ \\ - Winkel von Zenit zu Himmelsnordpol zu Gestirn= && $\pi-\alpha$\\ - Winkel von Himmelsnordpol zu Zenit zu Gestirn= && $\tau$\\ - \end{tabular} -\end{center} -\subsection{Bestimmung des eigenen Standortes $P$} +\subsection{Bestimmung des eigenen Standortes $P$} \label{p} +Wir nehmen die Abbildung \ref{d2} zur Hilfe. Nun hat man die Koordinaten der beiden Gestirne und man weiss die Koordinaten des Nordpols. Damit wir unseren Standort bestimmen können, bilden wir zuerst das Dreieck $ABC$, dann das Dreieck $BPC$ und zum Schluss noch das Dreieck $ABP$. -Mithilfe dieser Dreiecken können wir die einfachen Sätze der sphärischen Trigonometrie anwenden und benötigen lediglich ein Ephemeride zu den Gestirnen und einen Sextant. +Auf diese Dreiecke können wir die einfachen Sätze der sphärischen Trigonometrie anwenden und benötigen lediglich ein Ephemeride zu den Gestirnen und einen Sextant. \begin{figure} \begin{center} \includegraphics[width=8cm]{papers/nav/bilder/dreieck.pdf} \caption[Dreieck für die Standortbestimmung]{Dreieck für die Standortbestimmung} + \label{d2} \end{center} \end{figure} - \subsubsection{Dreieck $ABC$} \begin{center} - \begin{tabular}{ c c c } + \begin{tabular}{ l l l } Ecke && Name \\ \hline $A$ && Nordpol \\ @@ -137,19 +116,17 @@ Mithilfe dieser Dreiecken können wir die einfachen Sätze der sphärischen Trig \end{center} Mit unserem erlangten Wissen können wir nun alle Seiten des Dreiecks $ABC$ berechnen. +Dazu sind die folgenden vorbereiteten Berechnungen nötigt: -Die Seite vom Nordpol zum Bildpunkt $X$ sei $c$. -Dann ist $c = \frac{\pi}{2} - \delta_1$. - -Die Seite vom Nordpol zum Bildpunkt $Y$ sei $b$. -Dann ist $b = \frac{\pi}{2} - \delta_2$. - -Der Innenwinkel bei der Ecke, wo der Nordpol ist sei $\alpha$. -Dann ist $ \alpha = |\lambda_1 - \lambda_2|$. +\begin{enumerate} + \item Die Seite vom Nordpol zum Bildpunkt $X$ sei $c$, dann ist $c = \frac{\pi}{2} - \delta_1$. + \item Die Seite vom Nordpol zum Bildpunkt $Y$ sei $b$, dann ist $b = \frac{\pi}{2} - \delta_2$. + \item Der Innenwinkel bei der Ecke, wo der Nordpol ist sei $\alpha$, dann ist $ \alpha = |\lambda_1 - \lambda_2|$. +\end{enumerate} mit \begin{center} - \begin{tabular}{ c c c } + \begin{tabular}{ l l l } Ecke && Name \\ \hline $\delta_1$ && Deklination vom Bildpunkt $X$ \\ @@ -166,12 +143,9 @@ können wir nun die dritte Seitenlänge bestimmen. Es ist darauf zu achten, dass hier natürlich die Seitenlängen in Bogenmass sind und dementsprechend der Kosinus und Sinus verwendet wird. Jetzt fehlen noch die beiden anderen Innenwinkel $\beta$ und\ $\gamma$. -Diese bestimmen wir mithilfe des Sinussatzes \[\frac{\sin (a)}{\sin (\alpha)} =\frac{\sin (b)}{\sin (\beta)} = \frac{\sin (c)}{\sin (\gamma)}.\] -Hier muss man aufpassen, dass man Seite von Winkel unterscheiden kann. -Im Zähler sind die Seiten, im Nenner die Winkel. -Somit ist \[\beta =\sin^{-1} [\sin(b) \cdot \frac{\sin(\alpha)}{\sin(a)}].\] +Diese bestimmen wir mithilfe des Kosinussatzes: \[\beta=\cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(b)-\cos(a) \cdot \cos(c)}{\sin(a) \cdot \sin(c)}\bigg]\] und \[\gamma = \cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(c)-\cos(b) \cdot \cos(a)}{\sin(a) \cdot \sin(b)}\bigg]\]. -Schlussendlich haben wir die Seiten $a,b\ und \ c$, die Ecken A,B und C und die Winkel $\alpha$, $\beta$ und $\gamma$ bestimmt und somit das ganze Kugeldreieck $ABC$ berechnet. +Schlussendlich haben wir die Seiten $a$, $b$ und $c$, die Ecken $A$,$B$ und $C$ und die Winkel $\alpha$, $\beta$ und $\gamma$ bestimmt und somit das ganze Kugeldreieck $ABC$ berechnet. \subsubsection{Dreieck $BPC$} Wir bilden nun ein zweites Dreieck, welches die Ecken $B$ und $C$ des ersten Dreiecks besitzt. @@ -180,12 +154,11 @@ Unser Standort definiere sich aus einer geographischen Breite $\delta$ und einer Die Seite von $P$ zu $B$ sei $pb$ und die Seite von $P$ zu $C$ sei $pc$. Die beiden Seitenlängen kann man mit dem Sextant messen und durch eine einfache Formel bestimmen, nämlich $pb=\frac{\pi}{2} - h_{B}$ und $pc=\frac{\pi}{2} - h_{C}$ - mit $h_B=$ Höhe von Gestirn in $B$ und $h_C=$ Höhe von Gestirn in $C$ mit Sextant gemessen. Zum Schluss müssen wir noch den Winkel $\beta_1$ mithilfe des Seiten-Kosinussatzes \[\cos(pb)=\cos(pc)\cdot\cos(a)+\sin(pc)\cdot\sin(a)\cdot\cos(\beta_1)\] mit den bekannten Seiten $pc$, $pb$ und $a$ bestimmen. \subsubsection{Dreieck $ABP$} -Nun muss man eine Verbindungslinie ziehen zwischen $P$ und $A$. Die Länge $l$ dieser Linie entspricht der gesuchten geographischen Breite $\delta$. Diese lässt sich mithilfe des Dreiecks $ABP$, den bekannten Seiten $c$ und $pb$ und des Seiten-Kosinussatzes berechnen. +Nun muss man eine Verbindungslinie des Standorts zwischen $P$ und $A$ ziehen. Die Länge $l$ dieser Linie entspricht der gesuchten geographischen Breite $\delta$. Diese lässt sich mithilfe des Dreiecks $ABP$, den bekannten Seiten $c$ und $pb$ und des Seiten-Kosinussatzes berechnen. Für den Seiten-Kosinussatz benötigt es noch $\kappa=\beta + \beta_1$. Somit ist \[\cos(l) = \cos(c)\cdot \cos(pb) + \sin(c) \cdot \sin(pb) \cdot \cos(\kappa)\] und @@ -193,8 +166,7 @@ und \delta =\cos^{-1} [\cos(c) \cdot \cos(pb) + \sin(c) \cdot \sin(pb) \cdot \cos(\kappa)]. \] -Für die Geographische Länge $\lambda$ des eigenen Standortes muss man den Winkel $\omega$, welcher sich im Dreieck $ACP$ in der Ecke bei $A$ befindet. -Mithilfe des Sinussatzes \[\frac{\sin (a)}{\sin (\alpha)} =\frac{\sin (b)}{\sin (\beta)} = \frac{\sin (c)}{\sin (\gamma)}\] können wir das bestimmen. -Somit ist \[ \omega=\sin^{-1}[\sin(pc) \cdot \frac{\sin(\gamma)}{\sin(l)}] \]und unsere gesuchte geographische Länge schlussendlich -\[\lambda=\lambda_1 - \omega\] +Für die geographische Länge $\lambda$ des eigenen Standortes nutzt man den Winkel $\omega$, welcher sich im Dreieck $ACP$ in der Ecke bei $A$ befindet. +Mithilfe des Kosinussatzes können wir \[\omega = \cos^{-1} \bigg[\frac{\cos(pb)-\cos(c) \cdot \cos(l)}{\sin(c) \cdot \sin(l)}\bigg]\] berechnen und bekommen schlussendlich die geographische Länge +\[\lambda=\lambda_1 - \omega,\] wobei $\lambda_1$ die Länge des Bildpunktes $X$ von $C$ ist. diff --git a/buch/papers/nav/packages.tex b/buch/papers/nav/packages.tex index f2e6132..bedaccd 100644 --- a/buch/papers/nav/packages.tex +++ b/buch/papers/nav/packages.tex @@ -9,4 +9,4 @@ %\usepackage{packagename} \usepackage{amsmath} -\usepackage{cancel}
\ No newline at end of file +\usepackage{cancel} diff --git a/buch/papers/nav/references.bib b/buch/papers/nav/references.bib index 236323b..c67aaac 100644 --- a/buch/papers/nav/references.bib +++ b/buch/papers/nav/references.bib @@ -32,4 +32,10 @@ pages = {607--627}, url = {https://doi.org/10.1016/j.acha.2017.11.004} } +@online{nav:winkel, + editor={Unbekannt}, + title = {Sphärische Trigonometrie}, + year={2022}, + url = {https://de.wikipedia.org/wiki/Sphärische_Trigonometrie} +} diff --git a/buch/papers/nav/sincos.tex b/buch/papers/nav/sincos.tex index a1653e8..b64d100 100644 --- a/buch/papers/nav/sincos.tex +++ b/buch/papers/nav/sincos.tex @@ -2,18 +2,19 @@ \section{Sphärische Navigation und Winkelfunktionen} -Es gibt Hinweise, dass sich schon die Babylonier und Ägypter vor 4000 Jahren sich mit Problemen der sphärischen Trigonometrie beschäftigt haben um den Lauf von Gestirnen zu berechnen. +\rhead{Sphärische Navigation und Winkelfunktionen} +Es gibt Hinweise, dass sich schon die Babylonier und Ägypter vor 4000 Jahren mit Problemen der sphärischen Trigonometrie beschäftigt haben, um den Lauf von Gestirnen zu berechnen. Jedoch konnten sie dieses Problem nicht lösen. +Die Geschichte der sphärischen Trigonometrie ist daher eng mit der Astronomie verknüpft. Ca. 350 BCE dachten die Griechen über Kugelgeometrie nach, sie wurde damit zu einer Hilfswissenschaft der Astronomen. -Die Geschichte der sphärischen Trigonometrie ist daher eng mit der Astronomie verknüpft. Ca. 350 vor Christus dachten die Griechen über Kugelgeometrie nach und sie wurde zu einer Hilfswissenschaft der Astronomen. -Zwischen 190 v. Chr. und 120 v. Chr. lebte ein griechischer Astronom names Hipparchos. -Dieser entwickelte unter anderem die Chordentafeln, welche die Chord - Funktionen, auch Chord genannt, beinhalten und im Abschnitt 3.1.1 beschrieben sind. +Zwischen 190 v. Chr. und 120 v. Chr. lebte ein griechischer Astronom namens Hipparchos. +Dieser entwickelte unter anderem die Chordentafeln, welche die Chordfunktionen, auch Chord genannt, beinhalten. Chord ist der Vorgänger der Sinusfunktion und galt damals als wichtigste Grundlage der Trigonometrie. In dieser Zeit wurden auch die ersten Sternenkarten angefertigt. Damals kannte man die Sinusfunktionen noch nicht. +Die Definition der trigonometrischen Funktionen aus Griechenland ermöglicht nur, rechtwinklige Dreiecke zu berechnen. Aus Indien stammten die ersten Ansätze zu den Kosinussätzen. -Aufbauend auf den indischen und griechischen Forschungen entwickeln die Araber um das 9. Jahrhundert den Sinussatz. -Die Definition der trigonometrischen Funktionen ermöglicht nur, rechtwinklige Dreiecke zu berechnen. +Aufbauend auf den indischen und griechischen Forschungen entwickeln die Araber um das 9. Jahrhundert den Sinussatz. Die Beziehung zwischen Seiten und Winkeln sind komplizierter und als Sinus- und Kosinussätze bekannt. Doch ein paar weitere Jahrhunderte vergingen bis zu diesem Thema wieder verstärkt Forschung betrieben wurde, da im 15. Jahrhundert grosse Entdeckungsreisen, hauptsächlich per Schiff, erfolgten und die Orientierung mit Sternen vermehrt an Wichtigkeit gewann. Man nutzte für die Kartographie nun die Kugelgeometrie, um die Genauigkeit zu erhöhen. diff --git a/buch/papers/nav/trigo.tex b/buch/papers/nav/trigo.tex index aca8bd2..483b612 100644 --- a/buch/papers/nav/trigo.tex +++ b/buch/papers/nav/trigo.tex @@ -1,5 +1,7 @@ \section{Sphärische Trigonometrie} +\rhead{Sphärische Trigonometrie} + \subsection{Das Kugeldreieck} Damit man die Definition des Kugeldreiecks versteht, müssen wir zuerst Begriffe wie Grosskreisebene und Grosskreisbögen verstehen. Ein Grosskreis ist ein grösstmöglicher Kreis auf einer Kugeloberfläche. @@ -7,46 +9,49 @@ Sein Mittelpunkt fällt immer mit dem Mittelpunkt der Kugel zusammen und ein Sch Da es unendlich viele Möglichkeiten gibt, eine Kugel so zu zerschneiden, dass die Schnittebene den Kugelmittelpunkt trifft, gibt es auch unendlich viele Grosskreise. Grosskreisbögen sind die kürzesten Verbindungslinien zwischen zwei Punkten auf der Kugel. -Werden drei voneinander verschiedene Punkte, die sich nicht auf derselben Grosskreisebene befinden, mit Grosskreisbögen verbunden werden, so entsteht ein Kugeldreieck $ABC$. -Für ein Kugeldreieck gilt, dass die Summe der drei Seiten kleiner als $2\pi$ aber grösser als 0 ist. -$A$, $B$ und $C$ sind die Ecken des Dreiecks und dessen Seiten sind die Grosskreisbögen zwischen den Eckpunkten (siehe Abbildung 21.2). - Da die Länge der Grosskreisbögen wegen der Abhängigkeit vom Kugelradius ungeeignet ist, wird die Grösse einer Seite mit dem zugehörigen Mittelpunktwinkel des Grosskreisbogens angegeben. Laut dieser Definition ist die Seite $c$ der Winkel $AMB$, wobei der Punkt $M$ die Erdmitte ist. Man kann bei Kugeldreiecken nicht so einfach unterscheiden, was Innen oder Aussen ist. Wenn man drei Eckpunkte miteinander verbindet, ergeben sich immer 16 Kugeldreiecke. +Werden drei voneinander verschiedene Punkte, die sich nicht auf derselben Grosskreisebene befinden, mit Grosskreisbögen verbunden werden, so entsteht ein Kugeldreieck $ABC$. +Für ein Kugeldreieck gilt, dass die Summe der drei Seiten kleiner als $3\pi$ aber grösser als 0 ist. +$A$, $B$ und $C$ sind die Ecken des Dreiecks und dessen Seiten sind die Grosskreisbögen zwischen den Eckpunkten (siehe Abbildung \ref{kugel}). + \begin{figure} \begin{center} - \includegraphics[width=6cm]{papers/nav/bilder/kugel1.png} + \includegraphics[width=3.5cm]{papers/nav/bilder/kugel1.png} \caption[Das Kugeldreieck]{Das Kugeldreieck} + \label{kugel} \end{center} \end{figure} \subsection{Rechtwinkliges Dreieck und rechtseitiges Dreieck} -In der sphärischen Trigonometrie gibt es eine Symetrie zwischen Seiten und Winkel, also zu jedem Satz über Seiten und Winkel gibt es einen entsprechenden Satz, mit dem man Winkel durch Seiten und Seiten durch Winkel ersetzt hat. +In der sphärischen Trigonometrie gibt es eine Symmetrie zwischen Seiten und Winkeln, also zu jedem Satz über Seiten und Winkel gibt es einen entsprechenden Satz, mit dem man Winkel durch Seiten und Seiten durch Winkel ersetzt hat. Wie auch im ebenen Dreieck gibt es beim Kugeldreieck auch ein rechtwinkliges Kugeldreieck, bei dem ein Winkel $\frac{\pi}{2}$ ist. -Ein Rechtseitiges Dreieck gibt es jedoch nur beim Kugeldreieck, weil dort eine Seitenlänge $\frac{\pi}{2}$ lang sein muss, wie man in der Abbildung 21.3 sehen kann. +Ein rechtseitiges Dreieck gibt es jedoch nur beim Kugeldreieck, weil dort eine Seitenlänge $\frac{\pi}{2}$ lang sein muss, wie man in der Abbildung \ref{recht} sehen kann. \begin{figure} \begin{center} - \includegraphics[width=10cm]{papers/nav/bilder/recht.jpg} - \caption[Rechtseitiges Kugeldreieck]{Rechtseitiges Kugeldreieck} + \includegraphics[width=5cm]{papers/nav/bilder/recht.jpg} + \caption[Rechtseitiges und rechtwinkliges Kugeldreieck]{Rechtseitiges und rechtwinkliges Kugeldreieck} + \label{recht} \end{center} \end{figure} \subsection{Winkelsumme und Flächeninhalt} -\begin{figure} +\label{trigo} +%\begin{figure} ----- Brauche das Bild eigentlich nicht! - \begin{center} - \includegraphics[width=8cm]{papers/nav/bilder/kugel2.png} - \caption[Winkelangabe im Kugeldreieck]{Winkelangabe im Kugeldreieck} - \end{center} -\end{figure} +% \begin{center} +% \includegraphics[width=8cm]{papers/nav/bilder/kugel2.png} +% \caption[Winkelangabe im Kugeldreieck]{Winkelangabe im Kugeldreieck} +% \end{center} +%\end{figure} Die Winkel eines Kugeldreiecks sind die, welche die Halbtangenten in den Eckpunkten einschliessen. @@ -64,16 +69,17 @@ beschreibt die Abweichung der Innenwinkelsumme von $\pi$ und ist proportional zu \subsubsection{Flächeninnhalt} Mithilfe des Radius $r$ und dem sphärischen Exzess $\epsilon$ gilt für den Flächeninhalt -\[ F=\frac{\pi \cdot r^2}{\frac{\pi}{2}} \cdot \epsilon\]. +\[ F=\frac{\pi \cdot r^2}{\frac{\pi}{2}} \cdot \epsilon = 2 \cdot r^2 \cdot \epsilon.\] +In diesem Kapitel sind keine Begründungen für die erhaltenen Resultate im Abschnitt \ref{trigo} zu erwarten und können in der Referenz \cite{nav:winkel} nachgeschlagen werden. \subsection{Seiten und Winkelberechnung} Es gibt in der sphärischen Trigonometrie eigentlich gar keinen Satz des Pythagoras, wie man ihn aus der zweidimensionalen Geometrie kennt. -Es gibt aber auch einen Satz, der alle drei Seiten eines rechtwinkligen Kugeldreiecks, nicht aber für das rechtseitige Kugeldreieck, in eine Beziehung bringt und zum jetzigen Punkt noch unklar ist, weshalb dieser Satz so aussieht. -Die Approximation folgt noch. +Es gibt aber einen Satz, der alle drei Seiten eines rechtwinkligen Kugeldreiecks in eine Beziehung bringt. Dieser Satz gilt jedoch nicht für das rechtseitige Kugeldreieck. +Die Approximation im nächsten Abschnitt wird erklären, warum man dies als eine Form des Satzes des Pythagoras sehen kann. Es gilt nämlich: \begin{align} \cos c = \cos a \cdot \cos b \quad \text{wenn} \nonumber & - \quad \alpha = \frac{\pi}{2} \nonumber + \quad \alpha = \frac{\pi}{2}. \nonumber \end{align} \subsubsection{Approximation von kleinen Dreiecken} @@ -87,20 +93,22 @@ So kann mit dem Taylorpolynom 2. Grades den Sinus und den Kosinus vom Sphärisch Es gibt ebenfalls folgende Approximierung der Seiten von der Sphäre in die Ebene: \begin{align} a &\approx \sin(a) \nonumber \intertext{und} - a^2 &\approx 1-\cos(a). \nonumber + \frac{a^2}{2} &\approx 1-\cos(a). \nonumber \end{align} -Die Korrespondenzen zwischen der ebenen- und sphärischen Trigonometrie werden in den kommenden Abschnitten erläutert. +Die Korrespondenzen zwischen der ebenen und sphärischen Trigonometrie werden in den kommenden Abschnitten erläutert. \subsubsection{Sphärischer Satz des Pythagoras} -Die Korrespondenz \[ a^2 \approx 1-cos(a)\] liefert unter Anderem einen entsprechenden Satz des Pythagoras, nämlich +Die Korrespondenz \[ a^2 \approx 1- \cos(a)\] liefert unter anderem einen entsprechenden Satz des Pythagoras, nämlich -\begin{align} - \cos(a)\cdot \cos(b) &= \cos(c) \\ - \bigg[1-\frac{a^2}{2}\bigg] \cdot \bigg[1-\frac{b^2}{2}\bigg] &= 1-\frac{c^2}{2} \\ - \xcancel{1}- \frac{a^2}{2} - \frac{b^2}{2} + \xcancel{\frac{a^2b^2}{4}}&= \xcancel{1}- \frac{c^2}{2} \intertext{Höhere Potenzen vernachlässigen} +\begin{align*} + \cos(a)\cdot \cos(b) &= \cos(c), \\ + \bigg[1-\frac{a^2}{2}\bigg] \cdot \bigg[1-\frac{b^2}{2}\bigg] &= 1-\frac{c^2}{2}. + \intertext{Höhere Potenzen vernachlässigen:} + \xcancel{1}- \frac{a^2}{2} - \frac{b^2}{2} + \xcancel{\frac{a^2b^2}{4}}&= \xcancel{1}- \frac{c^2}{2} \\ -a^2-b^2 &=-c^2\\ - a^2+b^2&=c^2 -\end{align} + a^2+b^2&=c^2. +\end{align*} +Dies ist der wohlbekannte ebene Satz des Pythagoras. \subsubsection{Sphärischer Sinussatz} Den sphärischen Sinussatz @@ -116,7 +124,6 @@ In der sphärischen Trigonometrie gibt es den Seitenkosinussatz \cos \ a = \cos b \cdot \cos c + \sin b \cdot \sin c \cdot \cos \alpha \nonumber \end{align} %Seitenkosinussatz und den Winkelkosinussatz - \begin{align} \cos \gamma = -\cos \alpha \cdot \cos \beta + \sin \alpha \cdot \sin \beta \cdot \cos c, \nonumber \end{align} der nur in der sphärischen Trigonometrie vorhanden ist. @@ -124,9 +131,9 @@ und den Winkelkosinussatz Analog gibt es auch beim Seitenkosinussatz eine Korrespondenz zu \[ a^2 \leftrightarrow 1-\cos(a),\] die den ebenen Kosinussatz herleiten lässt, nämlich \begin{align} \cos(a)&= \cos(b)\cdot \cos(c) + \sin(b) \cdot \sin(c)\cdot \cos(\alpha) \\ - 1-\frac{a^2}{2} &= \bigg[1-\frac{b^2}{2}\bigg]\bigg[1-\frac{c^2}{2}\bigg]+bc\cdot\cos(\alpha) \\ - \xcancel{1}-\frac{a^2}{2} &= \xcancel{1}-\frac{b^2}{2}-\frac{c^2}{2} \xcancel{+\frac{b^2c^2}{4}}+bc \cdot \cos(\alpha)\intertext{Höhere Potenzen vernachlässigen} - a^2&=b^2+c^2-2bc \cdot \cos(\alpha) + 1-\frac{a^2}{2} &= \bigg[1-\frac{b^2}{2}\bigg]\bigg[1-\frac{c^2}{2}\bigg]+bc\cdot\cos(\alpha). \intertext{Höhere Potenzen vernachlässigen:} + \xcancel{1}-\frac{a^2}{2} &= \xcancel{1}-\frac{b^2}{2}-\frac{c^2}{2} \xcancel{+\frac{b^2c^2}{4}}+bc \cdot \cos(\alpha)\\ + a^2&=b^2+c^2-2bc \cdot \cos(\alpha). \end{align} |
