Trigonometry · real student question

兩座城市位於同一條子午線上,一座在北緯 45 度 9 分、另一座在北緯 35 度 5 分。取地球半徑為 3960 英里,求兩地之間的距離。

Question

兩座城市位於同一條子午線上(一座正好在另一座的正北方),緯度分別為北緯 45945^\circ 9' 與北緯 35535^\circ 5'

假設地球半徑為 39603960 英里,求兩地之間的距離。

Step-by-step solution

  1. 把地理問題轉成圓的問題。 緯度就是從赤道量起的圓心角,所以同一條子午線上的兩地位於一個半徑 39603960 英里的大圓上。兩地對圓心的張角就是緯度差 —— 正因為它們共用一條子午線,才完全不需要球面三角。

  2. 用度和分相減。 因為 9>59'>5',不需要借位:

    459355=104.45^\circ 9'-35^\circ 5'=10^\circ 4'.

  3. 換成十進位的度數。 一分是一度的 160\tfrac{1}{60}

    104=10+460=10.0667.10^\circ 4'=10+\frac{4}{60}=10.0667^\circ.

  4. 換成弧度 —— 這一步不能省。 弧長公式 s=rθs=r\theta 只有在 θ\theta 用弧度時才成立,因為弧度的定義就是「弧長等於半徑」時所張的角:

    θ=10.0667×π180=0.175696 rad.\theta=10.0667^\circ\times\frac{\pi}{180}=0.175696\ \text{rad}.

  5. 套用 s=rθs=r\theta

    s=3960×0.175696=695.76 miles696 miles.s=3960\times 0.175696=695.76\ \text{miles}\approx 696\ \text{miles}.

  6. 檢查數量級是否合理。 一度緯度大約是 2π(3960)36069.1\tfrac{2\pi(3960)}{360}\approx 69.1 英里,而 10.07×69.169610.07\times 69.1\approx 696,所以答案前後一致。

Answer

s=396010.0667π180695.8 英里 (696 英里)s=3960\cdot\frac{10.0667\pi}{180}\approx 695.8\ \text{英里}\ (\approx 696\ \text{英里})

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