
在曲面上一个小范围内,连接两点的最短的曲线。球面上的测地线是大圆。
基础定义
在汉语词典中,“测地线”(亦称“大地线”)指曲面上两点间的最短路径,是大地测量学与微分几何的核心概念。其数学本质为曲面上切向量沿路径平行移动的曲线 。
微分几何定义
在光滑曲面上,测地线的曲率向量处处与曲面法向量平行,满足以下微分方程:
$$ frac{d u^i}{ds} + Gamma^i{jk} frac{du^j}{ds} frac{du^k}{ds} = 0 $$
其中 (Gamma^i{jk}) 为Christoffel符号,描述曲面局部几何性质 。
大地测量学应用
地球椭球面上,测地线是两点间唯一的最短路径,用于高精度地图绘制与卫星定位(如GPS轨道计算),符合国家标准《GB/T 16820-2009 大地测量术语》。
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测地线是几何学和物理学中的重要概念,以下是综合多个权威来源的详细解释:
测地线是曲面上两点之间的最短路径,可视为弯曲空间中的“直线”推广。在数学上,它是黎曼流形上满足特定常微分方程的曲线,具有局部最短性。例如,地球表面的大圆航线(如北京到纽约的飞行路线)就是二维球面的测地线。
领域 | 实例与作用 |
---|---|
大地测量学 | 地球椭球面上的导航路径计算(如飞机航线规划) |
广义相对论 | 自由粒子在四维时空中的运动轨迹(如行星绕太阳的轨道) |
光学 | 光线在引力场中的偏折现象(测地线效应) |
在广义相对论中,爱因斯坦提出引力是时空弯曲的表现,天体沿四维时空的测地线运动,而人类观察到的“弯曲轨道”实为三维空间投影的结果。这一理论已通过光线偏折实验等观测得到验证。
如需更专业的数学公式或物理推导细节,可参考(子流形几何)或(广义相对论角度分析)。
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