等面积圆柱投影的证明
等面積投影的全稱是:正球在正軸的圓柱上進行等面積投影,下面簡稱等積圓柱投影。等積圓柱投影是4大圓柱投影之一,其特點是,通過等積投影出的地圖上,每個國家的面積不失真(但是形狀會失真),比如下面這個世界地圖:
從圖中可以感受到非洲有多大,南極洲有多小,而人間常用的等角圓柱投影(Mercator投影)中,非洲小的可憐,南極大到離譜,所以說,等積投影能正確的展示每個主權國家的戰略縱深,哈哈。這個投影很簡單,想象地球卡在一個等高的圓柱中,圓柱的高等于球的直徑,然后沿平行于赤道平面的方向投影,如下圖:
因此很容易得出,等積投影的世界地圖,寬高比是2πR : 2R =?π : 1,而非常見的正方形地圖(Mercator)。而地圖的面積等于2πR * 2R = 4πR2,地球的表面積公式也是4πR2,因此投影總面積與原始總面積相等,但這并不能證明每個國家的面積也與實際相符,下面我們要來證明,地球(將地球看作正球體)上任意一塊區域,等積投影后,面積不變。首先無論哪種圓柱投影,經線的投影都是均勻分布的,我們只要證明,在任意2段緯線之間的面積不變即可,再簡化,我們只要證明,從赤道到北緯?°之間的面積等于矩形地圖上,從水平中線到同等高度之間的面積,也就是S = 2πR?*?R *?Sin(?) =?2πR2Sin(?)。首先將北緯?微分成d?,也就是將0到?之間的表面水平分割為無窮個圓環,圓環的寬度為Rd?,當?趨于0,圓環趨向于圓柱,圓柱的周長是2πRCos(?),因此小圓柱的面積微元是dS =?2πR2Cos(?)d?,最后從赤道0°到北緯?°來一個積分,得到2πR2Sin(?),等于矩形地圖中的相應面積:
因此,任意2個緯度線之間的面積也不變,再考慮到經線分布的均勻性,任意的經緯度區域內的小矩形面積不變,而任何不規則圖形都可以由若干個這樣的小矩形組成,從而推廣到,任意的國家面積投影后不變。
總結
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