
在曲面上一個小範圍内,連接兩點的最短的曲線。球面上的測地線是大圓。
基礎定義
在漢語詞典中,“測地線”(亦稱“大地線”)指曲面上兩點間的最短路徑,是大地測量學與微分幾何的核心概念。其數學本質為曲面上切向量沿路徑平行移動的曲線 。
微分幾何定義
在光滑曲面上,測地線的曲率向量處處與曲面法向量平行,滿足以下微分方程:
$$ frac{d u^i}{ds} + Gamma^i{jk} frac{du^j}{ds} frac{du^k}{ds} = 0 $$
其中 (Gamma^i{jk}) 為Christoffel符號,描述曲面局部幾何性質 。
大地測量學應用
地球橢球面上,測地線是兩點間唯一的最短路徑,用于高精度地圖繪制與衛星定位(如GPS軌道計算),符合國家标準《GB/T 16820-2009 大地測量術語》。
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測地線是幾何學和物理學中的重要概念,以下是綜合多個權威來源的詳細解釋:
測地線是曲面上兩點之間的最短路徑,可視為彎曲空間中的“直線”推廣。在數學上,它是黎曼流形上滿足特定常微分方程的曲線,具有局部最短性。例如,地球表面的大圓航線(如北京到紐約的飛行路線)就是二維球面的測地線。
領域 | 實例與作用 |
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大地測量學 | 地球橢球面上的導航路徑計算(如飛機航線規劃) |
廣義相對論 | 自由粒子在四維時空中的運動軌迹(如行星繞太陽的軌道) |
光學 | 光線在引力場中的偏折現象(測地線效應) |
在廣義相對論中,愛因斯坦提出引力是時空彎曲的表現,天體沿四維時空的測地線運動,而人類觀察到的“彎曲軌道”實為三維空間投影的結果。這一理論已通過光線偏折實驗等觀測得到驗證。
如需更專業的數學公式或物理推導細節,可參考(子流形幾何)或(廣義相對論角度分析)。
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