TRIGONOMETRIA PLANA E ESFÉRICA
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- Guilherme Azevedo Carreiro
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1 PÊNDICE O CPÍTULO 7 TRIGONOMETRI PLN E ESFÉRIC INTRODUÇÃO Trigonometri Esféri é essenil pr ompreensão dos oneitos e resolução dos prolems de Nvegção stronômi e Nvegção Ortodrômi. É, ind, importnte pr entendimento dos prinípios fundmentis de lguns sistems de Nvegção Eletrôni. Trigonometri Pln é indispensável pr entendimento dos oneitos e resolução dos prolems de derrots loxodrômis, lém de ser usd em outros tipos e métodos de nvegção. ssim, ntes de prosseguir, é neessário reordr s noções e s fórmuls d Trigonometri Pln e d Trigonometri Esféri, o que possiilitrá melhor ompreensão dos ssuntos orddos nos Cpítulos seguintes. TRIGONOMETRI PLN I CONCEITOS E SINIS DS LINHS TRIGONOMÉTRICS ) Primeiro Qudrnte: 0º 90º (figur 7..) Figur 7.. Primeiro Qudrnte sen PM OQ ; sinl positivo (+) os OP QM ; sinl positivo (+) sen T ; sinl positivo (+) os se OT ; sinl positivo (+) os ose OS ; sinl positivo (+) sen o S ; sinl positivo (+) Nvegção stronômi e derrots 589
2 ) Segundo Qudrnte: 90º 80º (figur 7..) Figur 7.. Segundo Qudrnte sen PM OQ ; sinl positivo (+) os OP QM ; sinl negtivo ( ) sen T ; sinl negtivo ( ) os se ose o OT ; sinl negtivo ( ) os OS ; sinl positivo (+) sen S ; sinl negtivo ( ) ) Tereiro Qudrnte: 80º 70º (figur 7..3.) Figur 7..3 Tereiro Qudrnte sen PM OQ ; sinl negtivo ( ) os OP QM ; sinl negtivo ( ) sen os T ; sinl positivo (+) se os OT ; sinl negtivo ( ) ose sen OS ; sinl negtivo ( ) o S ; sinl positivo (+) 590 Nvegção stronômi e derrots
3 d) Qurto qudrnte: 70º 360º (figur 7..4) Figur 7..4 Qurto Qudrnte sen PM OQ ; sinl negtivo ( ) os OP QM ; sinl positivo (+) sen T os ; sinl negtivo ( ) se os OT ; sinl positivo (+) ose sen OS ; sinl negtivo ( ) o S ; sinl negtivo ( ) II RESUMO DOS SINIS DS LINHS TRIGONOMÉTRICS QUDRNTE LINH PRIMEIRO SEGUNDO TERCEIRO QURTO 0º 90º 90º 80º 80º 70º 70º 360º SENO + + COSSENO + + TNGENTE + + SECNTE + + COSSECNTE + + COTNGENTE + + III VRIÇÕES DS LINHS TRIGONOMÉTRICS QUDRNTE SENO COSSENO TNGENTE COTNGENTE SECNTE COSSECNTE o o o o Nvegção stronômi e derrots 59
4 IV PRIMEIRS RELÇÕES ENTRE S FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICS sen ( ) sen ( ) se ( ) se os ( ) os o ( ) o ose ( ) ose sen (80º ) sen (80º ) os (80º ) os o (80º ) o sen (80º + ) sen (80º + ) os (80º + ) os o (80º + ) o sen (90º + ) os (90º + ) o os (90º + ) sen o (90º + ) V IDENTIDDES D TRIGONOMETRI PLN Em um írulo de rio unitário (r ), teremos: sen + os sen os o os o o o sen sen + sen + sen sen se + se ose + o ose os sen 59 Nvegção stronômi e derrots
5 VI SOM, SUTRÇÃO, MULTIPLICÇÃO E DIVISÃO DE RCOS sen ( + ) sen. os + os. sen sen ( ) sen. os os. sen os ( + ) os. os sen. sen os ( ) os. os + sen. sen + ( + ). sen sen. os os os sen sen os + os + os + os + + os ( ) sen os +. sen. os os sen + os os os sen VII FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICS EM UM TRIÂNGULO RETÂNGULO No triângulo retângulo C (figur 7..5) temos: Figur 7..5 Triângulo Retângulo sen teto oposto hipotenus os teto djente hipotenus se ose o teto oposto teto djente os sen Nvegção stronômi e derrots 593
6 ^ ^ ind no triângulo retângulo C, e C são ângulos omplementres, isto é: ^ + C ^ 90º. Então: sen os C os (90º ) os sen C sen (90º ) o C o (90º ) se ose C ose (90º ) ose se C se (90º ) o C (90º ) VIII RESOLUÇÃO DO TRIÂNGULO RETÂNGULO Considerm-se 4 sos n resolução dos triângulos retângulos: o CSO: Ddos hipotenus e um ângulo gudo ( e, respetivmente) Ldos:. sen Ângulo: C 90º. os Áre: S. sen 4 o CSO: Ddos um teto e um ângulo gudo ( e, respetivmente) Ldos: sen Ângulo: C 90º. o Áre: S. o 3 o CSO: Ddos os dois tetos ( e ) Ângulos: Hipotenus: sen C 90º Áre: S 4 o CSO: Ddos hipotenus e um teto ( e, respetivmente) Ângulos: sen Ldo: ( +)( ) C 90º Áre: S ( +)( ) 594 Nvegção stronômi e derrots
7 IX TRIÂNGULO PLNO OLIQUÂNGULO Sej o triângulo oliquângulo C d figur s seguintes Leis são úteis pr resolução desse tipo de triângulo: Figur 7..6 Triângulo Plno Oliquângulo Lei dos Senos: sen sen sen C Lei dos Cossenos: + os C X RESOLUÇÃO DO TRIÂNGULO OLIQUÂNGULO Conforme os ddos do prolem, distinguiremos os 4 sos possíveis (figur 7..6). o CSO: Ddos um ldo e dois ângulos quisquer (, e ) Ldos:. sen Ângulo: C 80º ( + ) sen. sen C Áre: S. sen. sen ( + ) sen sen o CSO: Ddos dois ldos e o ângulo que eles formm (, e C) Ângulos: + o C Ldo:. sen C sen. o C. sen C Áre: S + ou:. sen C. os C e: 80º ( + C) 3 o CSO: Ddos os três ldos (, e ) Perímetro : + + p Áre : S p(p )(p )(p ) Ângulos: sen (p ) (p ) ; ou : os + sen (p ) (p ) ; ou : os + C sen (p ) (p ) ; ou : C 80º ( + ) Nvegção stronômi e derrots 595
8 4 o CSO: Ddos dois ldos e o ângulo oposto um deles (, e ) Ângulos: sen. sen Ldo:. sen C sen C 80º ( + ) Áre: S. sen C 3 TRIGONOMETRI ESFÉRIC I FINLIDDE D TRIGONOMETRI ESFÉRIC O nvegnte dmite que Terr tem form esféri, om o propósito de simplifir solução dos prolems de Nvegção stronômi. Por outro ldo, os stros são supostos estr projetdos sore superfíie intern de um imens esfer, denomind Esfer Celeste, de rio infinito e onêntri om Terr. Eis porque, qundo um nvegnte efetu Nvegção stronômi, o seguinte proedimento se impõe: o. Oservr stros que lhe preem estr n superfíie intern d Esfer Celeste; e o. resolver triângulos esférios pertenentes à superfíie intern dess esfer (figur 7..7). Figur 7..7 Triângulo Esfério n Esfer Celeste RESOLUÇÃO DESTES TRIÂNGULOS ESFÉRICOS CONSTITUI, PR O NVEGNTE, O FIM PRINCIPL D TRIGONOMETRI ESFÉRIC. 596 Nvegção stronômi e derrots
9 s Táus pr Nvegção stronômi (PU. 9, PU. 49, RDLER, NORIE, et.) onstituem, n relidde, um série de soluções pré-omputds de triângulos esférios, pr tods s ominções possíveis de Ltitude, Delinção e Ângulo Horário (ou ângulo no pólo), fim de filitr o nvegnte resolução do triângulo de posição e determinção rápid e preis do ponto no mr. II PRINCIPIS PROPRIEDDES DOS TRIÂNGULOS ESFÉRICOS TRIÂNGULO ESFÉRICO é porção d superfíie esféri ompreendid entre três ros de irunferênis máxims, d um deles inferior 80º. Os ângulos do triângulo esfério C (figur 7..8) são simolizdos om s letrs,, C e os ldos opostos, om s minúsuls respetivs:,,. d triângulo esfério C, de ldos menores que 80º, orresponde um ângulo triédrio onvexo, 0 C, ujo vértie está no entro O d esfer. Os ldos do triângulo esfério têm por medid s fes respetivs do ângulo triédrio orrespondente. Relmente, medid de d ldo é igul à medid do respetivo ângulo entrl: ldo ângulo entrl OC ldo ângulo entrl OC ldo ângulo entrl O Figur 7..8 Triângulo Esfério C Os ângulos do triângulo esfério têm por medid os diedros do ângulo triédrio orrespondente: diedro OC diedro OC C diedro OC Nvegção stronômi e derrots 597
10 Proprieddes dos triângulos esférios:. som dos 3 ldos de um triângulo esfério é mior que 0º e menor que 360º. 0º < + + < 360º. som dos 3 ângulos de um triângulo esfério é mior que retos e menor que 6 retos. 80º < + + C < 540º 3. Cd ldo de um triângulo esfério é menor que som e mior que diferenç dos outros dois. < < + < < + < < + 4. Se ldos de um triângulo esfério são iguis, os ângulos opostos tmém são iguis. reípro é verddeir. Se, então (e reipromente) 5. o mior ldo se opõe o mior ângulo e vie-vers. 6. som de dois ângulos é menor que o tereiro resido de 80º e diferenç é menor que o suplemento do tereiro. + < C + 80º < 80º C III FÓRMULS GERIS D TRIGONOMETRI ESFÉRIC Trigonometri Esféri estelee relções onvenientes entre os 6 elementos de um triângulo esfério (3 ldos e 3 ângulos), tornndo possível o álulo de 3 desses elementos, qundo forem onheidos os outros 3. ssim, d elemento desonheido é luldo em função de outros 3, proporionndo, em d so, um ominção de 4 elementos. Como são 6 os elementos de um triângulo, temos que ver qunts ominções poderemos fzer om esses 6 elementos 4 4. C n m n 4 m 6 6 x 5 x 4 x 3 5 P P x x 3 x 4 n 4 Deste modo, om 5 fórmuls teremos rngido todos os sos de resolução seguir expostos. o CSO: COMINÇÃO DE 3 LDOS CD UM DOS ÂNGULOS D figur 7..9, otém-se: L K se OL se OK 598 Nvegção stronômi e derrots
11 Figur 7..9 Os triângulos plnos retilíneos KOL e KL permitem-nos esrever: KL OL + OK x OL x OK x os KL L + K x L x K x os Igulndo e sustituindo: ou sej: se + se. se. se. os +... os. se. se. os se + se.. os Dividindo por ( ) mos os memros d iguldde im, teremos: se. se. os +.. os Multiplindo mos os memros dess iguldde por os. os, virá:.. os. os. os os. os + sen. sen. os. os. os os os os os Donde os os. os + sen. sen. os Por dedução semelhnte, hegrímos às outrs dus ominções, ompletndo ssim o grupo ds hmds FÓRMULS FUNDMENTIS D TRIGONOMÉTRIC ESFÉRIC: os os. os + sen. sen. os os os. os + sen. sen. os os os. os + sen. sen. os C o CSO: COMINÇÃO DE 3 ÂNGULOS CD UM DOS LDOS Por simples plição d propriedde do triângulo polr ou suplementr, hegrímos o seguinte onjunto de fórmuls: Nvegção stronômi e derrots 599
12 os os. os C + sen. sen C. os os os. os C + sen. sen C. os os C os. os + sen. sen. os 3 o CSO: COMINÇÃO DE ÂNGULOS LDOS OPOSTOS (NLOGI DOS SENOS OU LEI DOS SENOS) Prtindo ds fórmuls fundmentis, por fáeis sustituições lgéris, deduzirímos: sen sen sen sen sen sen C 4 o CSO: COMINÇÃO DE 4 ELEMENTOS CONSECUTIVOS (FÓRMUL DS COTNGENTES), NOS SENTIDOS MOSTRDOS N FIGUR 7..0 Figur 7..0 C Com origem ns fórmuls fundmentis, hegrímos às últims 6 fórmuls, tingindo o totl ds 5 ominções prourds: o.sen o.sen o.sen o.sen o.sen o.sen o.sen + os. os o.senc + os. osc o.senc + os. osc o.sen + os. os o C.sen + os. os o C.sen + os. os Todo o trlho restnte d Trigonometri Esféri se resume, prtimente, n simplifição dests fórmuls geris, que são sufiientes pr resolver qulquer so lássio que se presente. 600 Nvegção stronômi e derrots
13 IV SIMPLIFICÇÃO DS FÓRMULS GERIS NOS CSOS DOS TRIÂNGULOS ESFÉRICOS RETÂNGULOS E RETILÁTEROS TRIÂNGULO ESFÉRICO RETÂNGULO é quele que tem um ângulo igul 90º. TRIÂNGULO ESFÉRICO RETILÁTERO é quele que tem um ldo igul 90º. Fzendo prte dos 3 elementos ddos de um triângulo esfério um ângulo igul 90º (triângulo esfério retângulo), ou um ldo igul 90º (triângulo esfério retilátero), é evidente que este elemento irá simplifir ominção esolhid, omo se verifi no qudro seguir, no qul são presentds s fórmuls geris e s fórmuls simplifids que tendem à resolução de qulquer so dos triângulos esférios retângulos e retiláteros. FÓRMULS GERIS FÓRMULS SIMPLIFICDS 90º 90º os os. os + sen. sen. os os os. os os o. o os os. os + sen. sen. os os sen. os os os. os + sen. sen. os C os sen. os C os os. os C + sen. sen C. os os o. o C os os. os C os os. os C + sen. sen C. os os sen C. os os C os. os + sen. sen. os os C sen. os sen sen sen sen. sen sen sen. sen sen sen sen sen sen sen. sen C sen C sen. sen sen sen C sen sen sen sen C o. sen o. sen + os. os o o. os o os. o o. sen o. sen C + os. os C o o. os C o os. o C o. sen o. sen C + os. os C o o. sen C o. sen o. sen + os. os o o. sen o. sen o C. sen + os. os o o C. sen o. sen o C. sen + os. os o C o. sen Nvegção stronômi e derrots 60
14 V FÓRMULS EMPREGDS N RESOLUÇÃO DOS TRIÂNGULOS ESFÉRICOS OLIQUÂNGULOS o CSO: DDOS OS TRÊS LDOS (,, ) + sen (p ). sen (p ) sen p. sen (p ) ; sendo + + p + sen (p ). sen (p ) sen p. sen (p ) C + sen (p ). sen (p ) sen p. sen (p ) o CSO: DDOS OS TRÊS ÂNGULOS (,, C) + os S.os (S ) os (S ).os (S C) ; sendo + + C S + os S.os (S ) os (S ).os (S C) + os S. os os (S ). os (S C) (S ) 3 o CSO: DDOS DOIS LDOS E O ÂNGULO COMPREENDIDO (,, ) FIGUR 7.. Figur 7.. C 60 Nvegção stronômi e derrots
15 Pr o álulo do ldo podemos empregr fórmul: os os. os ( ~m) os m Em que o rgumento uxilir m é ddo por m. os ou, então, lnçr mão d fórmul do SEMI-SENO-VERSO: ssv ssv (~ ) + sen.sen.ssv É oportuno reordr que se denomin semi-seno-verso (ssv) de um ângulo à expressão: ssv ( - os ) sen É fáil demonstrr iguldde im, desde que nos lemremos ds seguintes identiddes: sen + os os os sen multiplindo segund fórmul por ( ), teremos: os os + sen somndo d um dos memros, firá: - os os + sen omo: sen + os, teremos: os sen + os os + sen ou, então: os sen ; e ( os ) sen Nvegção stronômi e derrots 603
16 O semi-seno-verso (ssv) é empregdo n solução do triângulo de posição em váris Táus pr Nvegção stronômi. Em inglês, é denomindo hversine (hv). É est notção empregd n Táu Norie. Qunto os ângulos e C, podem ser otidos por meio ds NLOGIS DE NEPER: os + C + os. o sen C + sen. o O ldo tmém pode ser otido, pós o álulo dos ângulos e C, utilizndo N- LOGI DE NEPER: + C os C os. + 4 o CSO: DDOS DOIS ÂNGULOS E O LDO COMPREENDIDO (LDO COMUM) Ddos:,, C Utiliz-se resolução pel deomposição em triângulos retângulos. N figur 7.., o ângulo pode ser luldo pel fórmul Figur 7.. sen ä. os os sen Ø C Y d 604 Nvegção stronômi e derrots
17 Em que o rgumento uxilir Y é ddo por o Y. os, e o ângulo d C Y. Ou, então, lnçndo mão d fórmul do SEMI-SENO-VERSO: ssv (80º ) ssv ( + C) sen. sen C. ssv Os ldos e podem ser luldos por meio ds NLOGIS DE NEPER: + C os + C os. sen sen C + C. Cluldos os ldos e, pode-se utilizr fórmul seguinte, pr lulr o ângulo, otid d NLOGI DE NEPER: o + os os. + C 5 o CSO: DDOS DOIS LDOS E O ÂNGULO OPOSTO DE UM DELES (,, ) Figur 7..3 C Y d m d N figur 7..3, temos: Nvegção stronômi e derrots 605
18 sen sen. sen sen m + d m os. os d os m. os os C Y + d o Y os. os d os Y. Sinis de d e d: s grndezs m e Y serão sempre positivs. s grndezs d e d serão positivs qundo e forem do mesmo qudrnte; qundo e não forem do mesmo qudrnte, os vlores de d e d serão preedidos do sinl (menos). Os sinis de d e d sem diretmente ds fórmuls im, pr os d e os d. 6 o CSO: DDOS DOIS ÂNGULOS E O LDO OPOSTO UM DELES (,, ) Figur 7..4 C Y d m d N figur 7..4, temos: sen sen. sen sen o. os m m + d o m os. os d o C Y + d Y os. os d os Y. os os 606 Nvegção stronômi e derrots
19 Sinis de d e d: Os sinis de Y e m são sempre positivos. Os sinis de d e d são sempre iguis, pois estes são sempre do mesmo qudrnte (o que ontee, igulmente, om m e Y). Os sinis de d e d sem diretmente ds fórmuls im, pr os d e os d. Nvegção stronômi e derrots 607
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