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三角座  诞生于天文学中的三角函数

2012-05-12 21:27阅读:


到今天为止,我们已经分析了托勒密星座体系中的47个星座,今天要讲的则是托勒密星座体系中最后的一个星座三角座Triangulum了。托勒密在其著作《至大论》中,将当时已知的恒星划分为48个星座。因为古希腊人活动范围的限制,很多只在南半球才能观察到的星座在当时是未知的,直到15世纪以后航海大时代兴起时,才开始被人们发现和记录。到了1922年,国际天文学联合会大会重新整理了托勒密星座体系中的48个星座,并加上近代发现的,特别是在南半球新发现的40个新的星座,确认了至今国际通用的88个星座的说法[]

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一般认为Triangulum这一星座也是古希腊天文学家伊巴谷所增的,另一些学者则认为由托勒密所加。这两个说法有一个共同点,即Triangulum是由天文学家而定义和命名的,而不是民间传说中就有的星座。后者往往与古老的神话故事有着密切的联系,并一般为神话人物、英雄或者怪兽或者与之相关的事物(比如南船座Argo Navis虽然不是英雄或怪兽,但却是传说中阿尔戈英雄们所乘的航船),并且往往有一大堆相关的神话渊源。而三角座显然没有神话时代的任何记忆,相反,三角形似乎是纯粹的天文学家或几何学家的专属物品。很有趣的是,几何尤其是三角几何其本身也源自古老的天文学。这大概解释了为什么这么多学者认为Triangulum乃是由古希腊天文学家所创造的原因。
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后来伊巴谷的著作都遗失了,人们说托勒密的天文体系继承和发扬了伊巴谷的学说。托勒密在《至大论》一书中,将这个星座称为Τριγωνον【三角形】,因为这个星座由三个比较亮的星构成,其基本形状就是一个简单的三角形。Τριγωνον一词由τρεις‘(词干为τρι-)和γωνια‘(词干为γων-)构成,字面意思即【三角形】。希腊语中的τρεις和拉丁语中的tres、梵语的trayas、德语的 drei、英语的three同源,意思都表示γωνια一词与希腊语的γονυ‘膝盖同源,因为膝盖上下构成一个活动的,希腊语的γονυ和拉丁语的genu、德语的Knie、英语的knee同源,都表示膝盖Τριγωνον一名被拉丁语意译为Triangulum,由tres‘angulus‘构成,字面意思也是【三角形】。拉丁语的angulus演变为英语中的angleTriangulum一词则变为现代英语的triangle,意思也是【三角形】。
现代意义下的三角学一词,亦由古希腊天文学家伊巴谷所创。他将这个学问称为τριγωνον μετρον【三角度量】[] ,英语中的三角学trigonometry就由此而来。伊巴谷一生几乎都在地中海的罗德岛Rhodes上渡过,在那里,他建了一个天文台,并使用自己发明和改进的仪器,测量计算并确定出了一千多颗恒星在天空中的精确位置,他将这些星星都标示在一张有着经纬度的地图上,这是人类史上第一张精确的恒星图。
想要精确获知每颗星的经纬度,涉及到非常复杂的坐标转换运算,需要解三角比率,从现代数学来看,就是要解三角函数。伊巴谷因此创立了三角学。他把每一个三角形(无论是平面三角形或者球面三角形)都当做圆内的一个内接三角形,这样三角形的每一个边都变成了一个弦,为了计算三角形的各个部分,我们必须把弦长作为圆心角的函数,而这就成了三角学在接下来几个世纪中的主要任务。据说伊巴谷一共写了12本关于弦长计算的书,但是后来都失传了。而托勒密《至大论》中的正弦函数表[] 和弦长的计算方法或许直接来自伊巴谷的著作。毕竟早在公元前二世纪时,伊巴谷就将自己所推知的正弦函数大量应用在实际计算中了。
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关于正弦函数的计算,托勒密在《至大论》中将该角内接于圆。
三角座 <wbr> <wbr>诞生于天文学中的三角函数 于是从几何上看,这个函数就非常清楚了,半角值之函数的两倍与弦长的一半成正比,其比例系数为圆的半径,用现代三角函数表示就是:
Corda=2Rsina/2
或许我们把这个弧度和对应的弦单独拿出来,如下如所示。
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a 即下图的DOE,弦长Corda)即图中的线段DE。从这个形象来看,弧DAE非常像一只弓,而线段DE无疑就是这弓上之弦了。此时,DC部分无疑就是半弦。如果们考虑DOE的正弦函数值,会发现其正好是这个弓箭之弓弦长度的一半。于是古印度数学家阿耶波多Aryabhata[] 最初研究正弦函数时,就将该函数非常形象的命名为ardha-jya【半只弓弦】。这真是一个非常传神的定义。这个名称一般简写为jiva。阿拉伯人继承和发扬了印度的数学成就[] ,并将该词转写为jiba(请不要笑)。由于早期的阿拉伯文中没有元音符号,jiba一词大致相当于拉丁拼写中的jb。当欧洲学者翻译阿拉伯数学著作时,他们将这个表示正弦的jb错认为是阿拉伯语中表示弯曲意义的jaib[] ,于是将其意译为拉丁语的sinus【弯曲】。正弦的简写sin是英国天文学教授冈特Edmund Gunter所率先使用的,他还率先将余弦写作cosinus,后者是对拉丁语comlementi sinus【正弦的补】的简写

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