Hay varias funciones relacionadas, entre las que destacan coversine y haversine . Este último, medio versino, es de particular importancia en la fórmula de navegación haversine .
Descripción general
El seno versado [3] [4] [5] [6] [7] o seno versado [8] [9] [10] [11] [12] es una función trigonométrica que ya aparece en algunas de las primeras tablas trigonométricas. Se simboliza en fórmulas utilizando las abreviaturas versin , sinver , [13] [14] vers , ver [15] o siv . [16] [17] En latín , se conoce como seno versus (seno invertido), versinus , versus o sagitta (flecha). [18]
Expresado en términos de funciones trigonométricas comunes seno, coseno y tangente, el verseno es igual a
Hay varias funciones relacionadas correspondientes al versine:
El coseno versado , [19] [nb 1] o vercoseno , abreviado vercosin , vercos , o vcs .
El seno cubierto o coversine [20] (en latín, cosinus versus o coversinus ), abreviado coversin , [21] covers , [22] [23] [24] cosiv , o cvs [25]
El coseno cubierto [26] o covercosine , abreviado covercosin , covercos o cvc.
En plena analogía con las cuatro funciones mencionadas anteriormente, también existe otro conjunto de cuatro funciones de "medio valor":
El seno haversedo [27] o haversine (latín semiversus ), [28] [29] abreviado haversin , semiversin , semiversinus , havers , hav , [30] [31] hvs , [nb 2] sem , o hv , [32] más famoso de la fórmula haversine utilizada históricamente en la navegación
El coseno haversed [33] o havercosine , abreviado havercosin , havercos , hac o hvc
El seno hacoversed , hacoversine , [21] o cohaversine , abreviado hacoversin , semicoversin , hacovers , hacov [34] o hcv
El coseno hacoversed , [35] hacovercosine , o cohavercosine , abreviado hacovercosin , hacovercos o hcc
Historia y aplicaciones
Versine y coversine
La función seno ordinaria ( ver nota sobre etimología ) a veces fue llamada históricamente sinus rectus ("seno recto"), para contrastarla con el seno versado ( seno versus ). [37] El significado de estos términos es evidente si uno mira las funciones en el contexto original para su definición, un círculo unitario :
Para una cuerda vertical AB del círculo unitario, el seno del ángulo θ (que representa la mitad del ángulo subtendido Δ ) es la distancia AC (la mitad de la cuerda). Por otro lado, el seno de θ es la distancia CD desde el centro de la cuerda al centro del arco. Así, la suma de cos( θ ) (igual a la longitud de la línea OC ) y versin( θ ) (igual a la longitud de la línea CD ) es el radio OD (con longitud 1). Ilustrado de esta manera, el seno es vertical ( rectus , literalmente "recto") mientras que el versino es horizontal ( versine , literalmente "girado contra, fuera de lugar"); ambas son distancias de C al círculo.
Esta figura también ilustra la razón por la que el versino a veces se llamaba sagitta , flecha en latín , [18] [36] del uso árabe sahem [38] del mismo significado. Esto en sí proviene de la palabra india 'sara' (flecha) [ cita necesaria ] que se usaba comúnmente para referirse a " utkrama-jya ". Si el arco ADB del doble ángulo Δ = 2 θ se considera un " arco " y la cuerda AB como su "cuerda", entonces la versión CD es claramente el "eje de la flecha".
Además, de acuerdo con la interpretación del seno como "vertical" y del seno versado como "horizontal", sagitta también es un sinónimo obsoleto de la abscisa (el eje horizontal de un gráfico). [36]
En 1821, Cauchy utilizó los términos seno versus ( siv ) para el versino y coseno versus ( cosiv ) para el coverseno. [16] [17] [nota 1]
Históricamente, el seno verso se consideraba una de las funciones trigonométricas más importantes. [12] [37] [38]
Cuando θ llega a cero, versin( θ ) es la diferencia entre dos cantidades casi iguales, por lo que un usuario de una tabla trigonométrica solo para el coseno necesitaría una precisión muy alta para obtener el verseno a fin de evitar una cancelación catastrófica , haciendo tablas separadas. para este último conveniente. [12] Incluso con una calculadora o computadora, los errores de redondeo hacen aconsejable utilizar la fórmula sin 2 para θ pequeño .
Otra ventaja histórica del versino es que siempre es no negativo, por lo que su logaritmo se define en todas partes excepto en el ángulo único ( θ = 0, 2 π ,…) donde es cero; por lo tanto, se podrían usar tablas logarítmicas para las multiplicaciones. en fórmulas que involucran versinos.
De hecho, la tabla de valores de seno (media cuerda ) más antigua que se conserva (a diferencia de las cuerdas tabuladas por Ptolomeo y otros autores griegos), calculada a partir del Surya Siddhantha de la India que data del siglo III a. C., era una tabla de valores. para el seno y el seno inverso (en incrementos de 3,75° de 0 a 90°). [37]
El versino aparece como un paso intermedio en la aplicación de la fórmula del medio ángulo sin 2 (θ/2) =1/2versin( θ ), derivada por Ptolomeo , que se utilizó para construir tales tablas.
Haversine
El haversine, en particular, era importante en la navegación porque aparece en la fórmula haversine , que se utiliza para calcular distancias con razonable precisión en un esferoide astronómico (ver cuestiones con el radio de la Tierra versus la esfera ) dadas posiciones angulares (por ejemplo, longitud y latitud) . ). También se podría usar sin 2 (θ/2) directamente, pero tener una tabla de haversine eliminó la necesidad de calcular cuadrados y raíces cuadradas. [12]
En 1801 está documentada una utilización temprana por parte de José de Mendoza y Ríos de lo que luego se llamaría haversines. [14] [39]
El primer equivalente inglés conocido a una tabla de haversines fue publicado por James Andrew en 1805, bajo el nombre "Cuadrados de semicordones naturales". [40] [41] [18]
En 1835, el término haversine (anotado naturalmente como hav. o logarítmicamente en base 10 como log. haversine o log. havers. ) fue acuñado [42] por James Inman [14] [43] [44] en la tercera edición de su Trabajo Navegación y Astronomía Náutica: Para uso de marineros británicos para simplificar el cálculo de distancias entre dos puntos de la superficie de la Tierra utilizando trigonometría esférica para aplicaciones en navegación. [3] [42] Inman también utilizó los términos nat. versine y nat. vers. para versinos. [3]
Otras tablas de haversines de gran prestigio fueron las de Richard Farley en 1856 [40] [45] y John Caulfield Hannyngton en 1876. [40] [46]
La haversine sigue utilizándose en navegación y ha encontrado nuevas aplicaciones en las últimas décadas, como en el método de Bruce D. Stark para despejar distancias lunares utilizando logaritmos gaussianos desde 1995 [47] [48] o en un método más compacto para reducir la visión desde 2014. [32 ]
Usos modernos
Si bien el uso de versine, coversine y haversine, así como sus funciones inversas, se remonta a siglos atrás, los nombres de las otras cinco cofunciones parecen tener un origen mucho más reciente.
Cuando el versino v es pequeño en comparación con el radio r , se puede aproximar a partir de la longitud de media cuerda L (la distancia AC que se muestra arriba) mediante la fórmula [59]
Alternativamente, si el versino es pequeño y se conocen el versino, el radio y la longitud de la media cuerda, se pueden usar para estimar la longitud del arco s ( AD en la figura anterior) mediante la fórmula
Una aproximación más precisa utilizada en ingeniería [61] es
Curvas y acordes arbitrarios.
El término versine también se utiliza a veces para describir desviaciones de la rectitud en una curva plana arbitraria, de la cual el círculo anterior es un caso especial. Dada una cuerda entre dos puntos en una curva, la distancia perpendicular v desde la cuerda a la curva (generalmente en el punto medio de la cuerda) se llama medida versina . Para una línea recta, el verseno de cualquier cuerda es cero, por lo que esta medida caracteriza la rectitud de la curva. En el límite cuando la longitud de la cuerda L llega a cero, la relación8v/L 2va a la curvatura instantánea . Este uso es especialmente común en el transporte ferroviario , donde describe mediciones de la rectitud de las vías del tren [62] y es la base del método Hallade para la topografía ferroviaria .
El término sagita (a menudo abreviado hundimiento ) se utiliza de manera similar en óptica , para describir las superficies de lentes y espejos .
^ abAlgunas fuentes inglesas confunden el coseno verso con el seno cubierto. Históricamente (fe en Cauchy, 1821), el seno versus (verseno) se definió como siv( θ ) = 1−cos( θ ), el coseno versus (lo que ahora también se conoce como coverseno) como cosiv( θ ) = 1− sin( θ ), y el vercoseno como vcs θ = 1+cos( θ ). Sin embargo, en su traducción al inglés de 2009 del trabajo de Cauchy, Bradley y Sandifer asocian el coseno versus (y cosiv) con el coseno versado (lo que ahora también se conoce como vercoseno) en lugar del seno cubierto . De manera similar, en su trabajo de 1968/2000, Korn y Korn asocian la función de cobertura ( θ ) con el coseno versado en lugar del seno cubierto .
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Referencias
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