Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




На страницу 1, 2, 3  След.
 Длина дуги на эллипсоиде
Эта задача с другого форума, но там она мертва.
http://www.mathforum.ru/forum/read/1/14836/

 
Аватара пользователя
Мне кажется, это задача Якоби о геодезических линиях эллипсоида, и решается она методами вариационного исчисления.

 
Аватара пользователя
Для большего удобства обсуждения, повторите условие задачи здесь.

 
Аватара пользователя
Найти кратчайшее расстояние по поверхности эллипсоида между двумя её точками.

 
Аватара пользователя
Ок, сделаю это за вас...
Цитата:
Найти расстояние между точками $А(0,2,2)$, $В(1,1, \sqrt{3})$ на поверхности $x^2 + \frac{y^2}{4} + \frac{z^2}{4} = 2$

Так немножко конкретнее, не находите? С общим случаем возиться неохота, а с этим может что-то упростится... если, конечно, условия не "от балды" взяты.

 
Изображение

Громозкая задача и сложновато ее решать аналитически - можно взять сферу и на ней соединить две точки начальную и конечную (с соответствующими сферическими координатами) дугой большого круга - а затем сделать сжатие до нужного эллипсоида - деформированная дуга большого круга по идее и даст кратчайшую линию. Так это или нет? В принципе можно проверить.

Выше на картинке задача решена в Маткаде - взята начальная и конечная точки на эллипсоиде и по честному выписаны уравнения геодезической линии (ГЛ) и решается краевая задача для системы ОДУ второго порядка - так чтобы ГЛ выпущенная из начальной точки пришла в конечную - варьируется угол выхода ГЛ из начальной точки. На правом рисунке ГЛ заканчивается в конечной точке, на левом она продолжена дальше - эллипсоид сделан прозрачным для наглядности. В принципе стандартная вариационная задача (To vvvv -тоже самое что и делали на торе - когда искали там замкнутые ГЛ) - где-то видел на сайте американского университета - дается как одна из семестровых лабораторных по численным методам.

 
Так чему же равно расстояние?
У меня получилось так.
Изображение

 
Аватара пользователя
Еще не считал) Может завтра, если будет свободная минута, гляну.

 
Sorry за оффтоп. Юрий Владимирович, как это мы с Вами нарисовали эллипсоиды одинакового цвета и прозрачные?
Не зная и не видя картинок друг друга?

 
Аватара пользователя
Одинаковые инструменты способствуют появлению одинаковых результатов, не иначе)

 
Геодезическая. проходящая через 2 точки, заданные в задаче оказалась замкнутой.
Изображение

 
У меня длина дуги получилась 1.49878, ГЛ для этой пары точек у меня не замкнутая, а тест для сферы проходит нормально - для любых двух точек на сфере ГЛ получается как часть дуги большого круга, соединяющая эти две точки.
То vvvv
Но раз у Вас короче длина кривой - то наверное Ваш ответ правильный. :( Кстати здесь и теорема Клеро работает - я что-то не проверил у себя этот закон сохранения.
Предельный случай - когда одна ось эллипсоида очень мала - тогда задача о ГЛ на таком эллипсоиде вырождается в задачу о круговом биллиарде - ГЛ здесь состоит из отрезков прямых. И получается что нельзя трансформировать сферу в эллипсоид - чтобы сохранить минимальное расстояние между точками на пов-ти.

Добавлено спустя 1 час 15 минут 15 секунд:

Грубоватое условие попадания в конечную точку заменил более точным - получилась длина кривой 1.51043. И она действительно замкнутая - но витков до замыкания достаточно много получается.


Изображение

 
То Yu K, мое расстояние не точнее Вашего, тем более, что я не учел, пропустил "одно деление".После исправления получилось больше чем у вас, а именно 1,5150 (удержал 4 знака).
И еще.Вы, нужно полагать, строите геодезические классическим методом, вычисляя символы Кристоффеля и решая систему ДУ.
Я же пользуюсь программой, где геодезическая строится
исходя из ее свойства (в каждой точке геодезической нормаль к кривой и к поверхности совпадают), можно сказать прямым методом.Этот метод может быть и не точным.Я его как нужно и не протестировал.Но главное,
при его применении выполняется свойство геодезической, указанное выше.
На Ваши картинках не вида вторая точка.
Покажите ,пожалуйста, картинку, когда геодезическая
делает 2-3 петли (хочу сравнить со своей).

 
То vvvv
На самой первой картинке Сб Фев 07, 2009 22:02:51 видны обе точки - начальная - синяя, конечная - красная. Там же на первой картинке приведено несколько петель.

Для проверки пересчитал еще в декартовых координатах по своей древней программке - тупо используя Лагранжиан и принцип Гамильтона (свободное движение точки по неявно заданной пов-ти в декартовых координатах, входные параметры для расчетов только уравнение пов-ти и две точки на ней) - Маткад сам выводит все уравнения и делает аналитические выкладки, затем полученная система трех ОДУ второго порядка интегрируется адаптивным Рунге-Куттом - получил еще раз именно 1.51043. Видимо это близкое к истине значение.

 
Аватара пользователя
Домучил до следующего состояния, после чего "завод кончился":

\[L = \sqrt 2 \int\limits_0^{{\raise0.7ex\hbox{$1$} \!\mathord{\left/
 {\vphantom {1 {\sqrt 2 }}}\right.\kern-\nulldelimiterspace}
\!\lower0.7ex\hbox{${\sqrt 2 }$}}} {\sqrt {\frac{{1 + 3t^2 }}
{{1 - K^2  - t^2 }}} dt} \]
где
\[0 < K \leqslant \frac{1}
{{\sqrt 2 }}\]
и находится из уравнения
\[\frac{\pi }
{6} = \int\limits_0^{{\raise0.7ex\hbox{$1$} \!\mathord{\left/
 {\vphantom {1 {\sqrt 2 }}}\right.\kern-\nulldelimiterspace}
\!\lower0.7ex\hbox{${\sqrt 2 }$}}} {\frac{K}
{{1 - t^2 }}\sqrt {\frac{{1 + 3t^2 }}
{{1 - K^2  - t^2 }}} dt} \]

Добавлено спустя 40 минут 12 секунд:

Грубая оценка $L = 1,485$. Посчитайте точнее, а то у меня на этой машине кроме екселя и калькулятора ничего нет)

 [ Сообщений: 32 ]  На страницу 1, 2, 3  След.


Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group