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球面三角形の面積について
図のような黄色に塗られた球面三角形の面積をもとめる場合、どうすればいいのでしょうか?
ちなみに解き方は、以下のように分かっているのですが、理解できません。
2α/2π*4πr^2=4αr^2・・・(1)
2β/2π*4πr^2=4βr^2・・・(2)
2γ/2π*4πr^2=4γr^2・・・(3)
(1)+(2)+(3)-4πr^2/4=(α+β+γ-π)*r^2
まず、
2α/2π*4πr^2の時点で分かりません。
これで一体どこの面積が分かるのでしょうか?
角度*球体の表面積は公式でしょうか?
また、なぜ、(1)+(2)+(3)から4πr^2を引いているのかがわかりません。
![「球面三角形の面積について」の質問画像](http://oshiete.xgoo.jp/_/bucket/oshietegoo/images/media/8/1486008_5497be9673606/M.jpg)
No.2ベストアンサー
- 回答日時:
>(2α/2π)*4πr^2の時点で分かりません。
これは、添付図の球で球面上の直線が角度αで、点Nと点Sと交わって作る2つのスイカの皮の形の部分(水色の部分)の面積を表しています。
球面全体の面積は4πr^2です。
点Nの周りの1周の角が2πでその内の交差角αが2つ分で(2α)/(2π)の割合(比)で球面を切り取ります。
水色に着色した2つの面積は、球面全体の面積4πr^2に、この比(2α)/(2π)を掛けてやった式
{(2α)/(2π)}4πr^2=4αr^2 …(1)
で求められることになります。お分かりでしょうか?
>なぜ、(1)+(2)+(3)から4πr^2を引いているのかがわかりません。
αについて、上の2つのスイカの皮の面積が(1)
βについて、上の2つのスイカの皮の面積が(2)
γ間について、上の2つのスイカの皮の面積が(3)
これらの6枚のスイカの皮で球面全体を覆いますが、球面三角形の所が上下の2箇所に出来て、その三角形の部分だけ3重に重複していますので、合計6個の球面三角形を重複カウントしています。
6枚のスイカの皮の面積の合計(1)+(2)+(3)から球面全体の面積4πr^2を引いてやると、上下の2つ分の球面三角形の面積を引くことになるので、残った面積
(1)+(2)+(3)-4πr^2=4(α+β+γ-π)*r^2 …(4)
は球面三角形4個分の面積になります。
従って、(4)を4で割ってやれば、球面三角形1個の面積S
S=(α+β+γ-π)*r^2
となります。
お分かりになりましたでしょうか?
![「球面三角形の面積について」の回答画像2](http://oshiete.xgoo.jp/_/bucket/oshietegoo/images/media/f/197177_5497e4259803e/M.jpg)
No.1
- 回答日時:
なんで 2α とかにしてるんだろう. α の方が素直なのに.
ということで, (1)~(3) の半分だけを考えることにします.
すると, 「黄色い部分」+「その下の部分」の面積が (1) の半分で与えられます. ちょっと地球儀を想像してほしいのですが, その地球儀全体の表面積と「角度 α で交わる 2本の経線の間にある部分の面積」の比は, ちょうど α/(2π) です (微妙な表現を許してもらえれば, この比は「ある緯度における緯線全体の長さとこの 2本の経線の間にある緯線の長さの比」に等しい).
同様に「黄色い部分」+「その右上の部分」の面積が (2) の半分, 「黄色い部分」+「その左上の部分」の面積が (3) の半分で与えられます.
さらに, 対称性から「左上の部分」と「右下の部分」は合同なので右下に持っていくと, (1)~(3) の半分の総和が「黄色い部分」の 2倍+半球になることが分かります.
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