Kortprojektioner L mm Analytisk beskrivelse af egenskaber ved kort Første fundamentalform og forvanskninger.

Relaterede dokumenter
Kortprojektioner L mm Længde og vinkelmåling på flader. Konforme og arealtro kort.

Kortprojektioner L mm Problemformulering

AALBORG UNIVERSITET LANDINSPEKTØR- MATEMATISK GRUNDLAG LISBETH FAJSTRUP. IVER OTTOSEN. - om formiddagen i hvert fald. Ellers er den parallelforskudt:

ONSDAG 19/4(AA) AALBORG UNIVERSITET LANDINSPEKTØR- MATEMATISK GRUNDLAG. 8:15-ca. 10:15 - forelæsning. (med en pause midt i selvfølgelig.

Kortprojektioner og forvanskninger. Lisbeth Fajstrup Institut for Matematiske Fag Aalborg Universitet

Kortprojektioner L mm Optimale projektioner. Afstandskorrektion. System 34.

Geometriske grundbegreber 8. lektion


Bevægelsens Geometri

2.9. Dette er en god simpel projektion for områder nær Ækvator. Hvad er den inverse afbildning, f -1?

Oplæg til Studieretningsprojekt i Matematik og Naturgeografi Kortprojektioner i matematisk og geografisk perspektiv

GEOMETRI-TØ, UGE 11. Opvarmningsopgave 2, [P] (i,ii,iv). Udregn første fundamentalform af følgende flader

GEOMETRI-TØ, UGE 3. og resultatet følger fra [P] Proposition 2.3.1, der siger, at

Kortprojektioner L mm Referencesystemer. Ellipsoider og geoider. Ombecifring. Helmerttransformation.

Kortprojektioner L mm Referencesystemer. Ellipsoider og geoider. Ombecifring. Helmerttransformation.

Kurver og flader Aktivitet 15 Geodætiske kurver, Isometri, Mainardi-Codazzi, Teorema Egregium

Aalborg Universitet - Adgangskursus. Eksamensopgaver. Matematik B til A

Det teknisk-naturvidenskabelige basisår Matematik 1A, Efterår 2005, Hold 3 Prøveopgave A

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe den første opgave af hvert emne over.

Lidt om plane kurver og geometrisk kontinuitet

STEEN MARKVORSEN DTU COMPUTE 2017

Gradienter og tangentplaner

Andengradsligninger i to og tre variable

Matematik F2 Opgavesæt 2

Matematik A. Højere teknisk eksamen. Gammel ordning. Forberedelsesmateriale. gl-htx191-mat/a

8 Regulære flader i R 3

Matematik A. Højere teknisk eksamen

Eksamen i Mat F, april 2006

Matematik A 5 timers skriftlig prøve

AAU Landinspektøruddannelsen

Højere Teknisk Eksamen maj Matematik A. Forberedelsesmateriale til 5 timers skriftlig prøve NY ORDNING. Undervisningsministeriet

Om første og anden fundamentalform

GAUSS-BONNET HANS PLESNER JAKOBSEN

Matematik A. 5 timers skriftlig prøve. Højere Teknisk Eksamen i Grønland maj 2009 GLT091-MAA. Undervisningsministeriet

Ting man gør med Vektorfunktioner

SUPPLERENDE OPGAVER TIL KOMPLEKS FUNKTIONSTEORI F2005

Besvarelser til Calculus Ordinær eksamen - Forår - 6. Juni 2016

Vektoranalyse INDLEDNING. Indhold. 1 Integraltricks. Jens Kusk Block Jacobsen 21. januar 2008

Opgave 1 Opskriv følgende vinkler i radianer 180, 90, 135, 270, 60, 30.

Vektorfelter langs kurver

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen - 5. Januar 2018

Besvarelser til Calculus Ordinær eksamen - Efterår - 8. Januar 2016

Delmængder af Rummet

Ting man gør med Vektorfunktioner

Løsningsforslag til opgavesæt 5

Undervisningsbeskrivelse

Ugesedler til sommerkursus

Løsningsforslag til opgavesæt 5

Funktioner af to variable

DesignMat Lineære differentialligninger I

(c) Opskriv den reelle Fourierrække for funktionen y(t) fra (b), og afgør dernæst om y(t) er en lige eller ulige funktion eller ingen af delene.

DesignMat Lineære differentialligninger I

Vektorfunktioner. (Parameterkurver) x-klasserne Gammel Hellerup Gymnasium

Kurver i planen og rummet

Rumgeometri med TI-Nspire CAS 3.2: Kuglen, keglen og cylinderen

Kortprojektioner L mm Referencesystemer. Ellipsoider og geoider. Ombecifring. Helmerttransformation.

Analytisk plangeometri 1

Undervisningsbeskrivelse

Undervisningsbeskrivelse

MATEMATIK 11 Eksamensopgaver Juni 1995 Juni 2001, 4. fjerdedel

Besvarelse til eksamen i Matematik F2, 2012

MATEMATIK 3 EN,MP 17. september 2014 Oversigt nr. 1

Delmængder af Rummet

Undervisningsbeskrivelse

Undervisningsbeskrivelse

Vektorfunktioner Parameterfremstillinger Parameterkurver x-klasserne Gammel Hellerup Gymnasium

GEOMETRI-TØ, UGE 12. A σ (R) = A f σ (f(r))

2. Projektion. Hver af disse kan igen fremstilles som ortografisk-, stereografisk- eller central-projektion.

Eksamen i Calculus. Første Studieår ved Det Tekniske Fakultet for IT og Design samt Det Ingeniør- og Naturvidenskabelige Fakultet. 5.

Vi begynder med at repetere noget af det tidligere gennemgåede som vi skal bruge.

Matematik A. Højere teknisk eksamen. 5 timers skriftlig prøve. Fredag den 17. december 2010 kl htx103-mat/a

I det følgende betragter vi en kugleflade med radius r. Lad os minde om, at overfladearealet af kuglen er F = 4π

Taylors formel. Kapitel Klassiske sætninger i en dimension

Vektorfelter. enote Vektorfelter

Parameterkurver. Et eksempel på en rapport

Dynamiske Systemer. SIR-modellen. Matematik 3. semester 08 Gr. G2-104

Undervisningsbeskrivelse

Undervisningsbeskrivelse

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Januar 2019

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe de første 7 opgaver over. Skitser det omdrejningslegeme, der fremkommer, når grafen for f ( x)

Undervisningsbeskrivelse

Undervisningsbeskrivelse

Undervisningsbeskrivelse

Uddrag af studieordningen for Adgangskursus til Ingeniøruddannelserne

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2019

Kurve- og plan-integraler

Komplekse tal. Mikkel Stouby Petersen 27. februar 2013

Temaopgave: Parameterkurver Form: 6 timer med vejledning Januar 2010

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe de første 10 opgaver over. , og et punkt er givet ved: P (2, 1).

Undervisningsbeskrivelse

Undervisningsbeskrivelse

GU HHX MAJ 2009 MATEMATIK A. Onsdag den 13. maj Kl GL091-MAA. Undervisningsministeriet

Afstande, skæringer og vinkler i rummet

GUX. Matematik. A-Niveau. August Kl Prøveform a GUX152 - MAA

Grafisk bestemmelse - fortsat Støttepunkter. Grafisk bestemmelse y. giver grafen. Niveaukurver og retning u = ( 1

Interferens mellem cirkelbølger fra to kilder i fase Betingelse for konstruktiv interferens: PB PA = m λ hvor m er et helt tal og λ er bølgelængden

Afstande, skæringer og vinkler i rummet

Kurver og flader i geometri, arkitektur og design 23. lektion

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe de første 7 opgaver over. Skitser det omdrejningslegeme, der fremkommer, når grafen for f ( x)

Transkript:

Kortprojektioner L4 2016 2.mm Analytisk beskrivelse af egenskaber ved kort Første fundamentalform og forvanskninger. Lisbeth Fajstrup Institut for Matematiske Fag Aalborg Universitet L4 April 2016 Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 1 / 38

Sidste gang: Sætning: Der findes ikke noget kort, der har konstant målestok. Sætning: Der findes ikke noget kort, der bevarer både vinkler og areal. Den gode nyhed Der findes kort, der bevarer vinkler Der findes kort, der bevarer areal. Der findes kort, der sender storcirkler i storcirkler (men så bevarer det ikke vinkler) Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 2 / 38

Hvad er målforhold?? m(γ) = s S. P = γ(0), m(p, γ) = lim t 0 s(t) S(t) af punktet P og retningen, γ (t) Målforhold Idag: Målforhold afhænger Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 3 / 38

Sidst Muligt at regne på projektioner: Planprojektioner (λ, ϕ) r(ϕ)(cos λ, sin λ) Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 4 / 38

Stereografisk projektion r(ϕ) = 2 cos ϕ 1+sin ϕ Opgaver sidst: Længden af en breddecirkel før projektion 2π cos ϕ. Efter stereografisk projektion: 2π 2 cos ϕ 1+sin ϕ m(b ϕ ) = 2 1 + sin ϕ Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 5 / 38

Ortografisk planprojektion r(ϕ) = cos ϕ m(b ϕ ) = 1 Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 6 / 38

Gnomisk planprojektion r(ϕ) = cos ϕ sin ϕ m(b ϕ ) = 1 sin ϕ Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 7 / 38

Sidste gang i opgaver Radius i en breddecirkel på kuglen med radius R er R cos ϕ Målestok langs en breddecirkel for stereografisk projektion m(b ϕ ) = m(b π/2 ) = 1. Ellers m(b ϕ ) > 1 2 1 + sin ϕ Generelt for planprojektioner (λ, ϕ) r(ϕ)(cos λ, sin λ) m(b ϕ ) = r(ϕ) cos ϕ Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 8 / 38

Spørgsmål Hvordan beregnes målforholdet i et punkt og i en given retning? Hvordan afgør man, om en given projektion er vinkeltro(konform), arealtro,...? Hvordan konstruerer man afbildninger, der er vinkeltro, arealtro,...? Hvordan sørger man for, at målforholdet ikke afviger for meget fra 1 på et givet område? Nøjagtighedskrav Redskaber: Kurvelængde. vinkler mellem kurver (næste gang) arealberegning (næste gang) Differentiation og kædereglen. Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 9 / 38

Kurver - analytisk beskrivelse Grafer (x, f (x)). Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 10 / 38

Kurver - analytisk beskrivelse Hvad med cirklen? - Ikke en graf... Hvad med kurver i 3D? Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 11 / 38

Parameterfremstillinger for kurver Eks. γ(t) = (γ 1 (t), γ 2 (t), γ 3 (t)) α(t) = (R cos(t), R sin(t)) cirkel β(t) = OP + t v linje γ(t) = (a cos(t), b sin(t)) ellipse (ligning x 2 + y 2 ) a 2 b 2 µ(t) = (r cos(t), r sin(t), at) skruelinje Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 12 / 38

γ(t) = (γ 1 (t), γ 2 (t), γ 3 (t)) har hastighedsvektor (tangentvektor) γ (t) = (γ 1 (t), γ 2 (t), γ 3 (t)) Fart: γ (t) = γ 1 (t)2 + γ 2 (t)2 + γ 3 (t)2 Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 13 / 38

En parametrisering er et valg af gennemløbsfart: α(t) = (cos(2t), sin(2t)) α (t) = 2 β(s) = (cos(s 3 ), sin(s 3 )) samme billedkurve - med passende valg af interval for t og s β (s) = Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 14 / 38

Kurver på kuglefladen Eksempel: γ(t) = X Y Z = R cos(2t) cos(t 2 ) R cos(2t) sin(t 2 )) R sin(2t) R cos(ϕ) cos(λ) R cos(ϕ) sin λ) R sin(ϕ) Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 15 / 38

Kurver på kuglefladen X Y Z = γ(t) = R cos(ϕ) cos(λ) R cos(ϕ) sin λ) R sin(ϕ) R cos(ϕ(t)) cos(λ(t)) R cos(ϕ(t)) sin(λ(t)) R sin(ϕ(t)) Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 16 / 38

Længden af et kurvestykke. Fra γ(t 0 ) til γ(t 1 ) s = t1 t 0 γ (t) dt Ofte vanskeligt at regne ud - ikke pæne stamfunktioner. Eks. buestykker i ellipser. Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 17 / 38

Målforhold Archimedes arealtro cylinderprojektion Målforhold langs længdegrader afhænger af φ. Der strækkes langs breddecirkler og krympes langs meridianerne. Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 18 / 38

Målforhold b a (f γ) (s) ds b a γ (s) ds m(γ) = s S = t t (f γ) (s) ds m(p, γ) = lim 0 t t0 t t γ (s) ds 0 Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 19 / 38

Målforhold m(p, γ) = lim t t0 t t 0 (f γ) (s) ds t t 0 γ (s) ds L Hospitals regel (tænk på Taylorudvikling af tæller og nævner) = lim t t0 d t dt t 0 (f γ) (s) ds t t 0 γ (s) ds d dt = (f γ) (t 0 ) γ (t 0 ) = Df (γ(t 0))γ (t 0 ) γ (t 0 ) Altså m(p, γ (t 0 )) - punkt og retning. Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 20 / 38

Beregning af forvanskninger PRINCIP Forvanskning ved X Forvanskninger ved f er Forvanskning ved X X(λ, ϕ) koordinater på kuglen/ellipsoiden. X(λ, ϕ) er kortet. Ønskes: Systematisk beregning - samme slags udregninger for X som for X. BEREGNING af forvanskninger ved afbildning fra (λ, ϕ)-planen til kuglen/ellipsoiden/et kort/... Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 21 / 38

Eksempel X(λ, ϕ) = X Y Z X(λ, ϕ) = = R cos(ϕ) cos(λ) R cos(ϕ) sin λ) R sin(ϕ) 2 cos ϕ (cos λ, sin λ) 1 + sin ϕ Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 22 / 38

Principskitse Kurver i (λ, ϕ)-planen kurver på kuglen/ellipsoiden/i kortet. Via X og X. Kurver har formen X(λ(t), ϕ(t)) (eller X(λ(t), ϕ(t))) Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 23 / 38

Eksempler X(λ, ϕ) = R cos(ϕ) cos(λ) R cos(ϕ) sin λ) R sin(ϕ) (λ(t), ϕ(t)) = (λ 0, t) X(λ 0, t) er en parameterkurve (λ(s), ϕ(s)) = (s, ϕ 0 ) X(s, ϕ 0 ) er en parameterkurve X(λ, ϕ) = (λ, ln(tan(π/4 + ϕ/2))) (Mercator projektionen) Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 24 / 38

Krumme koordinater Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 25 / 38

Systematisering af beregningerne γ(t) = X(λ(t), ϕ(t)) Ønskes: Beregning af γ (t) og γ (t) - til brug i vinkel- og længde og målforholdberegninger. Værktøj: Kædereglen... γ (t) = dγ dt (t) = X λ(λ(t), ϕ(t))λ (t) + X ϕ (λ(t), ϕ(t))ϕ (t)) Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 26 / 38

γ (t) 2 = γ (t) γ (t) = (X λ (λ(t), ϕ(t))λ (t) + X ϕ (λ(t), ϕ(t))ϕ (t)) (X λ (λ(t), ϕ(t))λ (t) + X ϕ (λ(t), ϕ(t))ϕ (t)) = X λ (λ(t), ϕ(t)) X λ (λ(t), ϕ(t))(λ (t)) 2 + 2X λ (λ(t), ϕ(t)) X ϕ (λ(t), ϕ(t))λ (t)ϕ (t) +X ϕ (λ(t), ϕ(t)) X ϕ (λ(t), ϕ(t))(ϕ (t)) 2 Kortere - med indmaden i funktionerne underforstået γ (t) 2 = (X λ X λ )(λ (t)) 2 + 2(X λ X ϕ )λ (t)ϕ (t) + (X ϕ X ϕ )(ϕ (t)) 2 Notation: E(λ, ϕ) = X λ X λ, F(λ, ϕ) = X λ X ϕ, G(λ, ϕ) = X ϕ X ϕ γ (t) 2 = E(λ(t), ϕ(t))(λ (t)) 2 + 2F(λ(t), ϕ(t))λ (t)ϕ (t) + G(λ(t), ϕ(t))(ϕ (t)) 2 Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 27 / 38

Første fundamentalform Den deformerede Pythagoras. (ds) 2 = E(dλ) 2 + 2Fdλdϕ + G(dϕ) 2 Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 28 / 38

Første fundamentalform for kuglefladen ( X λ (λ, ϕ) = X(λ, ϕ) = R cos ϕ cos λ R cos ϕ sin λ R sin ϕ ( X ϕ (λ, ϕ) = Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 29 / 38

Første fundamentalform for kuglefladen X(λ, ϕ) = X λ (λ, ϕ) = X ϕ (λ, ϕ) = R cos ϕ cos λ R cos ϕ sin λ R sin ϕ R cos ϕ sin λ R cos ϕ cos λ 0 R sin ϕ cos λ R sin ϕ sin λ R cos ϕ Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 30 / 38

Første fundamentalform for kuglefladen E(λ, ϕ) = X λ X λ = R cos ϕ sin λ R cos ϕ cos λ 0 R cos ϕ sin λ R cos ϕ cos λ 0 = Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 31 / 38

Første fundamentalform for kuglefladen F(λ, ϕ) = X λ X ϕ = R cos ϕ sin λ R cos ϕ cos λ 0 R sin ϕ cos λ R sin ϕ sin λ R cos ϕ = Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 32 / 38

Første fundamentalform for kuglefladen G(λ, ϕ) = X ϕ X ϕ = R sin ϕ cos λ R sin ϕ sin λ R cos ϕ R sin ϕ cos λ R sin ϕ sin λ R cos ϕ = Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 33 / 38

Første fundamentalform for kuglefladen E(λ, ϕ) = R 2 cos 2 (ϕ), F(λ, ϕ) = 0, G(λ, ϕ) = R 2 Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 34 / 38

Første fundamentalform for ellipsoiden X(λ, ϕ) = N cos ϕ cos λ N cos ϕ sin λ N (1 e 2 ) sin ϕ E = N 2 cos 2 ϕ Hvor N = F = 0 G = M 2 a 2 a 2 cos 2 ϕ + b 2 sin 2 ϕ M = a 2 b 2 (a 2 cos 2 ϕ + b 2 sin 2 ϕ) 3/2 Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 35 / 38

Målforhold og første fundamentalform m(p, γ (t 0 )) = (f γ) (t 0 ) γ (t 0 ) = d dt ( X(λ(t), ϕ(t)))(t 0 ) d dt (X(λ(t), ϕ(t)))(t 0) m((λ, ϕ), γ ) 2 = Ẽ(λ ) 2 + 2 Fλ ϕ + G(ϕ ) 2 E(λ ) 2 + 2Fλ ϕ + G(ϕ ) 2 Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 36 / 38

Udregning af målforhold Udregn koefficienterne til første fundamentalform for kuglen/ellipsoiden, E, F og G Udregn koefficienterne til første fundamentalform for kortet, Ẽ, F og G Målforholdet i retning efter kurven givet ved (λ(t), ϕ(t) fås af m((λ, ϕ), γ ) 2 = Ẽ(λ ) 2 + 2 Fλ ϕ + G(ϕ ) 2 E(λ ) 2 + 2Fλ ϕ + G(ϕ ) 2 Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 37 / 38

Målforhold og retning Sætning Målforholdet afhænger kun af punktet (λ, ϕ) og tangentretningen γ (t) (γ (t)) En retning er givet ved en vinkel: (λ, ϕ ) = (cos α, sin α) - f.eks. givet ved en linje i (λ, ϕ)-planen (λ(t), ϕ(t)) = (λ 0 + t cos α, ϕ 0 + t sin α) m(p, α) 2 = Ẽ cos2 α + 2 F cos α sin α + G sin 2 α E cos 2 α + 2F cos α sin α + G sin 2 α Lisbeth Fajstrup (AAU) Kortprojektioner L4 2016 April 2016 38 / 38