文化伟人代表作图释书系(套装9册)
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3.5 关于二分点岁差和黄赤交角不均匀的证明

有人将上述运动称为“沿圆周宽度的运动”,即沿直径的运动。他们用圆周来处理该运动的周期和均匀性问题,用弦长来表示它的大小。因此,这种运动看起来是非均匀的,近圆心时快一些,在圆周附近则慢一些,下面我将展开证明(见图3.4)

图3.4

证明:先画出半圆ABC,令中心为D,直径为ADCB的中点,取相等弧。并从FE两点向ADC作垂线EGFK

两倍DK与两倍BF相对,两倍EG与两倍AE相对。

因此,DKEG。按照欧几里得《几何原本》,AGGE,且AGDK

由于,因此,物体扫过GAKD的时间是一样的。在靠近圆周A处的运动会比在圆心D附近时慢一些。

把地球中心放在L,线LDABC。通过AC两点,以L为圆心,画。延长直线LDM

此时,半圆ABC的极点在M,而线ADC是圆的交线。连接线LA和线LC,线LK和线LG,把它们作为直线延长,与相交于NO。∠LDK为直角,∠LKD为锐角,线LK长于线LD

在两个钝角三角形中,LGLKLALG。以L为中心,LK为半径的圆会超出LD,与线LG和线LA相交。

令:该圆周为PKRS。△LDK的面积小于扇形LPK,△LGA的面积大于扇形LRS

因此,△LDK与扇形LPK的比小于△LGA与扇形LRS的比。

同理,△LDK与△LGA的比也小于扇形LPK与扇形LRS的比。按照欧几里得《几何原本》,底边DK∶底边AG=△LKD∶△LGA,而扇形LPK与扇形LRS的比等于∠DLK与∠RLS之比,或之比。

因此,DKGAMNOA。但我们已经证明DKGA。物体在沿非均匀角的相等弧移动时,以相同的时间扫过

事实上,黄赤交角的极大值与极小值之差非常小,低于。因此,曲线AMC与直线ADC之差难以察觉。如果我们结合直线ADC和半圆ABC进行运算,误差就会很小。地极另一运动的情形与此相似,黄赤交角的差值不足,接下来让我们继续证明(见图3.5)

图3.5

令:ABCD是通过黄道和平均赤道极点的圆,黄道的一半为DEB,平均赤道为AEC,二者相交于E点,此处应当是平均分点。

又令:赤道的极点为F,通过该点作大圆FET,该圆应当是均匀的二分圈。

为了方便证明,我们把二分点的天平运动与黄赤交角的天平运动分离开来。在二分圈EF上截出。这段弧可以视为是赤道的视极点G从平均极点F移动的距离。

G为顶点,作视赤道的半圆ALKC,与黄道相交于L点。L将成为视分点,与平均分点的距离为,这是由的相等关系决定的。

我们再作圆AGC。假定在天平运动FG出现时,赤道的极点并不是在真的极点G上;相反,在第二种天平运动的影响下,赤道极点会沿转向黄道倾角。

因此,尽管黄道BED固定不动,真正的视赤道仍会因极点O的移位而漂移。视赤道交点L的运动在平均分点E周围较快,在两端点处最慢,这与前面论证的极点天平运动相似。这一发现是有价值的。