UNA INTERSEZIONE (QUADRATICA) INVERSA UNIFICATRICE NEL PIANO. COMUNICAZIONE PRESENTATA AL XVI CONGRESSO SIFET FIUGGI 30 SETTEMBRE -4 OTTOBRE 1971



Valentino Tomelleri de! Politecnico di Milano SOMMARIO - Si generalizzano i classici metodi di intersezione inversa multipla nel piano per via angolare con l’introduzione di una coppia e terna di distanze tra oppor tune coppie di vertici da rilevare. Una sola coppia di lati estremi condurrebbe ad una doppia configurazone, venendo a dipendere, il problema, da una equazione quadratica; un terzo lato linearizza la soluzione. Nel procedimento rientrano oltre ai problemi sem plici ed ampliati di SNELLIUS - COLLINS - POTHENOT, HANSEN, MAREK, i vari metodi di determinazione indiretta di distanze topografiche. 1 - Generalità introduttive.

La gamma delle intersezioni inverse classiche nel piano, tramite esclu sive nuove misure’ angolari, si estende attuaimenie, com'è d’altronde ben noto, dal vetusto problema di SNELLIUS - COLLINS - POTHENOT al più recente di MAREK ampliato con catena di quadrangoli, attraverso le fasi intermedie vieppiù generalizzate dello SnELLIUS multiplo, del problema di HANSEN e dell’originario problema semplice di MAREK (*).

Pur la fase più avanzata, quale appunto il MarEKk ampliato, è subordi nata a condizioni geometriche di concatenamento quadri-triangolare non sempre riscontrabili, anche se alquanto generali, nella realtà del rilievo per le accidentalità del terreno che spesso ostacolano la visibilità fra 1 punti incogniti ed i noti secondo le esigenze dello schema risolvente in que stione. Si richiederebbe, ad esempio, tra l’aliro, che da ciascuno dei due vertici estremi della poligonale, che ci si appresta a rilevare angolarmente, fosse visibile una coppia di distinti punti noti: qualora, però, da un estremo fosse visibile un solo trigonometrico, il dato angolare mancante, stretta mente necessario nel novero delle equazioni risolventi, dovrebbe venir sur rogato da altro opportuno elemento, angolare o lineare, ampliando o ridu cendo la poligonale in gioco, modificando, se del caso, lo schema originario o ricorrendo ad altri possibili procedimenti.

In difetto di altre possibilità angolari, non resterebbe che procedere al rilievo, diretto od indiretto, della distanza corrente tra detto estremo ed il vertice immediatamente consecutivo della poligonale, ritenendosi per lo più inaccessibili, di fatto o per ragioni di comodo, i trigonometrici o punti di appoggio. A favore di una tal surrogazione in extremis, sta la circostanza che la valutazione indiretta della distanza menzionata è spesse volte di fatto una conseguenza del rilievo a poligonale di altri punti secon dari che, per altri motivi, sono talvolta da inserire tra i vertici fonda . (O V. TOMELLERI, « Sul problema di MAREK ampliato con catena di quadrangoli », Rivista del Catasto e dei SS. TT. EE.,, nuova serie, anno XIX, 1964, nn. 5-6, pagg. 266-272. 7




mentali della poligonale angolare originaria da posizionare nel corpus cartografico preesistente.Con una siffatta sostituzione d’una misura longimetrica ad altra angolare, ne nasce un nuovo procedimento di intersezione inversa quadraticanel piano, oggetto di studio della presente nota, comprensivo a sua volta,in condizioni normali, dei già citati MAREK ampliato, ecc.Come spesso avviene in analoghi problemi, la surrogazione d’una misuradi distanza ad una angolare, l'introduzione cioè d’una circonferenza in luogod'una coppia di semirette orientate, altera, in genere elevandolo, il gradodel problema dando così luogo ad vn numero finito di configurazioni geometriche solutrici teoricamente possibili tra cui optare in base a qualcheulteriore elemento ausiliario discriminatore. Elementi siffatti, sovrabbondanti o di controllo, in genere non mancheranno mai in un rilievo ad hoc,sì che qualcuno d’essi potrà essere utilmente impiegato fin dall'iniziodell’elaborazione dei dati, soprattutto là dove si sia in difetto di buoneposizioni approssimate, al fine di semplificare e rendere univoca la soluzione,suscettibile, peraltro, di variazioni a seguito di eventuale compensazionesecondo il metodo dei minimi quadrati. |Ed è appunto in questo senso, determinabilità cioè dell'unica configurazione possibile caratterizzata dal dato discriminatore, che il presente studioprosegue in un secondo tempo, dopo aver primariamente prospettata e discussa la soluzione rigorosa plurivoca derivabile dagli elementi cosiddetti« strettamente necessari », per concludersi, in un terzo tempo, sulle applicazioni alle determinazioni indirette di distanze topografiche quali particolari intersezioni inverse univoche nel piano.Con ciò, non si disconoscono i vantaggi, soprattutto di carattere didattico, come solitamente avviene nella propedeusi topografica, di una presentazione separata delle determinazioni indirette di distanze e delle intersezioni inverse classiche nel piano. Si vorrebbe solo che, in fase di sintesi,fosse giustamente messa in luce le dipendenza di quelle da queste comeloro particolarizzazioni. Equivarrebbe, questo, a riconoscere la validitàdel procedimento proposto quale principio generale informatore di quantoattiene alle intersezioni inverse nel piano ove non vi sia intervento esclusivodi soli dati longimetrici.2 - Sinossi propedeutica.Per maggior chiarezza ed agilità della successiva presentazione e di.scussione del problema, converrà qui premettere, una volta per sempre,una sintesi di notazioni, convenzioni, equazioni, relazioni, ecc. cui far riferimento nei vari tempi della trattazione.Siano dunque, per intanto, (fig. 1):(O; X, Y) il sistema d’assi cartesiani ortogonali, orario da X + ad Y *,cui si riferiranno in genere, salvo casi eccezionali dichiarabili all'occorrenza,i punti del piano interessato (orizzontale, verticale, obliquo, cartografico,ecc.) ove s'ha da risolvere il problema in istudio;Tr= (X:, Yr), (r=1, 2, ..., n-1, n), n trigonometrici o comunquepunti noti(*) del piano predetto, di cui due almeno sieno tra loro distintie di note coordinate cartesiane (X,, Y+) nel premesso sistema;(*) Per lo più propri; in particolari condizioni e situazioni limite, qualcuno potrebbeessere o divenire improprio.9




xi, X tha \ fi \ \ sE | } ' i Intersezione Inversa \ _ \La 2% i i quadratica multipla. l dz } i CPI T, Mis. Ei 3 i i | ch i iL! i i \ : ! pi ì i] i Vo a _ da a i ti TO i, i | . ì . i “in301 e do23 ni ‘en SLA 3% AS VA ing i e A i vi dd, V di VO i Vn-a Vai di ti I / 4 Vila v, d, +1 Via V..2 Va-2 "Ln Vi I a / + xt o 57 pio n fig.1 Vi: = (x, ye) (r= 1,2, ...., n-I, n), altrettanti punti incogniti dello stesso piano, cioè a coordinate (xr, yr), nell’anzidetto sistema, al momento incognite, costituenti gli n vertici (al limite anche coincidenti) della spezzata angolare (propria o degenere, riducibile eventualmente cioè anche ad un punto) da posizionare rispetto ai 77, cui essa s’'appoggia visualmente ed angolarmente, come si andrà ora a precisare.

Tra le due successioni di punti (Vi, Va, ..., Va-,, Va), (Za, 72, ..., In-1, Tn), ugualmente numerose, intercorrerà la corrispondenza ordinata derivante dalla effettiva visibilità (e conseguente direzione angolare) del punto 7» dalla corri spondente (od omotetica) stazione o vertice Vr, una volta ordinata la succes sione delle V- in base all'ordine di effettuazione reale od ipotetica (nel caso di punti coincidenti o di schemi geometrici idealizzati) della generica V..

Ciò premesso ed introdotto nel novero dei Vr e con questi stessi com planare (pur non interessando di determinarne la posizione come per questi) pure un punto Vo (proprio od improprio) opportuno visibile da Vi al solo scopo di definire la direzione origine Vi Vo generica degli angoli misurati in V,, si indicheranno con: (2. 1) ar= Vr-1Vr Tr, (Fr= I, 2, 10) n-l, n), or = VrV, Vr+i, (7 = 1, 2, +00) n-2, n-1) ie 2n-1 misure angolari (orizzontali, verticali, parallattiche, ecc.) effettuate od effettuabili, sul terreno o nello schema geometrico idealizzato, tra le di rezioni ai vertici indicati, in senso orario dalle Vr-1V7 alle susseguenti V:Tr 0 Vr:V:+1, modificate al consueto, se necessario, per le esigenze della eventuale proiezione cartografica utilizzata onde potersi riferire alle direzioni delle corrispondenti corde rettilinee.

Sarà pure conveniente, per l'elaborazione dei dati, assegnare un orien tamento anche ai vari lati in gioco; precisamente, le varie semirette spicca bili dalla generica stazione V, ai vertici circostanti V:-1, Tr, Vr+1 sì intende ranno orientate dal vertice V ai periferici oppure da questi a quello secondo 9




- — che il numero d’ordine r di V+ (a prescindere dalla eventuale coincidenza-limite con altri) sia rispettivamente pari o dispari.

Della prima direzione Vo Vi così orientata da Vo. a Vi sia poi è l'angolo d'orientamento (o di direzione od azimut-rete od anomalia od ascissa angolare o distanza zenitale od altezza angolare, ecc.) rispetto alla direzione origine X + - del sistema cartesiano di riferimento, da computarsi, al solito, in senso orario. Per una maggior concisione di scrittura e regolarità di formule, si ponga poi pure, sinteticamente: s= sinò, Cc = COSÌ, t= tanò, c'o= 0 = go, (2. 2) r oe Zi ali, (r — 1,2, ..., n-2, n-1), i s'= sino'r, c'r = COSO”, tr = tano”, Or — g'r-1 + ar, (7 = 1, 2, see) n-l, n), sr — SIN gr, Cr = COSGr, tr — tanor.

Attesi i convenuti orientamenti dei lati V, 7, Vr Vr, Vr Vr+i spiccati da

V,, è immediato riconoscere che le forme lineari: (2. 3) d + or, Ùù + or non sono altro che gli angoli di orientamento (o di direzione, ecc.), rispetto sempre alla direzione origine X +, delle semirette orientate Vr, Tr: e V, V+41, rispettivamente.

Accanto, poi, alle coordinate (X:, Y:) di 7» saran da considerare le trasformate (secondo sistemi variabili con Tr e V): (2. 4) Pr=aT—-Xr.singr: + Yr.cosor, Or = — Xr. cos er — Y..sin Or, (r= 1,2, ..., 1-1, n), oppure, più semplicemente, quando sia cos or £ O: (2. 5) pr = Yr tr .Xr= P:/cos Oi, qr = — (Xr + ir. Yr) _ Or/cosTr, (r=1,2,..., n-I, n), e le loro combinazioni differenziali successive, cioè: (2. 6) pr = pr+i— pr= Yi Yr+ tr Kr tre. Xe, qr = qGr+1—- gdr = Xr Xrxi1 + tr. Yer trt1 . Yr+1, (r= 1,2, .., n-1.

E così pure, a fianco dell'originario sistema cartesiano (0; X, Y) sarà da considerare quello ruotato di è, in senso orario, attorno ad O, cioè (O; X, Y), tramite la trasformazione destrorsa: (2. 7) _ X= X.cosd + Y.sinò, Y= —X.sind + Y. così. L'inversa, ovviamente, sarà: (2. 8) _ _ X= X.cosd —Y.sini, Yz X.sind + Y. così. 10




Le somme angolari or e g' sono allora interpretabili quali angoli di direzione delle semirette orientate V,- 7: e VrV,+: rispetto al semiasse Xt+, parallelo ed equiorientato al primo lato o direzione Vo Vi da Vo a Vi.

Queste premesse autorizzeranno a scrivere due tipi di equazioni:

I) per le direzioni V+- 7} ai trigonometrici o punti noti 77: (2.9) (YrT—- yr) . COS (è + or) = (Xr — Xr) . sin (è + or), od anche: (r= 1,2, ...., n-1, n), (2.9) n Cr. Vr — Sr. Xr = Pr.cosî + Or. sinò, che si utilizzerà per lo più nella forma: (2.10) ° Yr — tr. Xr = pr. cosà + gr. sinò, (r=1,2,..., n-1 n), posto che sia cr = cosor # O, essendo (xr, yr) le trasformate di (x, yr) nel sistema (O; X, Y);

II) per le direzioni Vr V1+1 fra stazioni o vertici consecutivi: (2.11) (yr+1—yr). cos(d + o%) = (xr+1— xr). sin(d + ol), (r=1,2,...., n-1), oppure: (2.11')

C'r.yr Sr. Xr Cr. yr+1 + Sr. Xr+1= 0, da impiegarsi anch'essa per lo più nell'aspetto: (2.12) n _ _ Ve tr «Xr-- Vr+1 + fr. Xr+1 = O, per c'r £ 0. (r=1,2,.., n52 n-1).

Le (2.9), (2.9”), (2.10), (2.11), (2.11’), (2.12) sussistono invariate pur se il parametro è viene alterato di un multiplo dispari di n.

III) Ai due precedenti tipi di equazioni sarà da aggiungerne all’occor renza un terzo derivante dalle eventuali misure di distanze Vi Vi+:, dirette od indirette, lungo la poligonale angolare da posizionare.

Detta di, i+1 la distanza corrente tra Vi e Vi+: ridotta, al solito, se necessario, alla eventuale corrispondente corda cartografica, risulterà: (2.13) (Yi — yi+1). singoli + (xi —xi+i). coso = (—1)'#! di, is1, cioè, se c'i £ O: (2.14) tilyi Pxit ti. yizi—xi41= (1) di, i+1/c4, per quei pochi valori di i (in genere, i= 1, i= n-1, ed un terzo intero tra questi I ed n-1 intermedio) interessati.

Ed infine per le distanze tra i vertici V; ed i corrispondenti ed omonimi

I+, quali differenze di lati di opportuni triangoli, risulterebbe, ad esempio: 11




tr 1)Y+! . sin (or+1 —_ Gr) . Î VrTi | = = [(XK+1—Xr). cos gr41+(Yrx1: Yr). sinor+1].sind + + [(Xr+1— Xr). sinor+1— (Yr+1— Yr). cos gr+1].cosà + + (— 1Y+}. dr, r+1. SIN gr+1, (r=1,2,..., n-2, n- 1); (2.16) (— 1). sin (or — or-1). |VrTr| z i i = [(Xrt— Xr-1).cosogr-1+(Yr Yr-1).sino:-1].sind + - + [(X— Xr-1).sinor-1T— (Yr— Yr-1). cos or-1].cosà + (1). dr-1, r.sin(o’r-1— or-1), (r=2,3,..., n-1, n), la cui pratica utilizzazione è subordinata, ovviamente, alla conoscenza degli elementi angolari e lineari ivi presenti. 3. - Intersezione quadratica inversa. 3.1. - Il problema specifico che si intende affrontare, e che denomi neremo appunto dell’intersezione quadratica inversa dipendendone la solu zione rigorosa da una equazione di 2° grado, può essere così formulato, (fig. 1). « Sono assegnati, nel piano, n % 3 generici punti 7 = (X.Y) propri(*) tramite le coordinate cartesiane ortogonali (X,Yr) rispetto ad un sistema (orario) d’assi di riferimento. Da altrettanti vertici Vr dello stesso piano, da posizionare rispetto ai Tr, si valutano gli angoli seguenti, in numero di 2n-]1:

Or = Vr-1 VrTr, (7 = 1, 2, 00) n-1, n), ole= Viu Vi, V+41, (y = 1, 2, c00) n-2, n - 1), in senso orario attorno ai rispettivi vertici V- a partire dalle direzioni. -‘origine rispettive Vr Vr-1, essendo Vo un opportuno punto, dello stesso piano però dei Vr e visibile da Vi, dalla cui direzione Vi Vo si contano gli angoli in V.. i i i

Sono pure conosciute le lunghezze dei due lati estremi della poligonale dei Vr: die —_ Vi Ve, dn-1, n = Vn_1 Vn.

Determinare le coordinate cartesiane (x, vr) dei V+, (r = 1,2, .., n-1, n), nel sistema prefissato sul piano, o per lo meno il valore di un qualche para metro che ne permetta un susseguente facile computo ». 3.2 - Si osservi anzitutto, dal punto di vista del numero di dati « stret tamente necessari » e della determinazione - indeterminazione del problema, che gli elementi valutati a disposizione [angoli a'1—a1, ar &"r, (f1= 2, n-1), an e distanze dir, dn-1, n] sono tanti quante le 2n incognite principali (xr, vr), (r= 1, 2, ..., n-1, n), da determinare e perciò, salvi casi eccezionali di completa indeterminazione, il problema dovrebbe risultare determinato ed ammettere al massimo un numero finito di soluzioni tra cui eventualmente optare secondo un qualche opportuno criterio pratico.

Una abbastanza facile impostazione è dettata dalla geometria analitica (*) In particolari situazioni limite, qualcuno potrebbe divenire improprio. 12




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. del piano, secondo appunto le anticipazioni del n. 2 precedente, in accordo con quello che è il principio generale d’elaborazione di dati relativi ad un qualsivoglia insieme limitato di punti (propri od impropri) e lati (reti, catene, poligonali, successioni, ecc.) comunque conformato di un piano ge nerico (orizzontale, verticale, obliquo).

Si dirà ancora è il parametro d'orientamento (o angolo di direzione, ecc.) del primo lato o direzione Vo Vi, orientato da Vo a Vi, rispetto alla direzione X- origine cartesiana. Ed (x, yr), (r = 1, 2, ....., n-1, n), siano ancora le trasformate (incognite) delle (xr, yr), secondo le (2.7), nel sistema transitorio (O; X,Y) ruotato di è, in senso orario, rispetto all’originario (O; X, Y). Alle 2 n incognite (xr, yr) s'aggiunge così l’ausiliaria è.

Una volta procuratosi quanto richiedono le (2.2) e (2.5), sì è in grado di scrivere:

TI) x equazioni (lineari in xr, yr) del tipo generale (2.9’) o, se tutti i coseni cr non sono nulli, del tipo (2.10) derivabili dalle altrettante direzioni Vr1 ai trigonometrici o punti assegnati 77 dalle stazioni o vertici V;

II) n-1 equazioni lineari del tipo (2.11’) 0, se c'» # o, (2.12) relative alle direzioni intercolleganti V, V,+1;

III) ed infine le due equazioni, pur esse lincari, del tipo (2.13) © (2.14) attinenti alle due distanze estreme note di, dn-1, a.

Si compone, dunque, in tal modo, un sistema di 2 n + / equazioni, lineari nella 2» incognite (xr, yr), con la presenza dell'ulteriore incognita 3 al 2° membro di alcune non omogenee; la loro coesistenza, per noti teoremi d'’al gebra, comporta sia nullo il determinante della cosiddetta matrice comipleta del sistema. Ne nasce così l'equazione determinatrice dei valori possibili del parametro d'orientamento è.

In termini espliciti, converrà disporre l'equazione (2.13) relativa a di: quale 1° equazione del sistema e l’analoga per dn-1,n quale (2n + /)-esima e tra queste, alternatamente, una equazione (2.9) ed una (2.11’) secondo l'ordine r crescente di V..

Il sistema che se ne ottiene è quello presentato nel quadro 1, ove s'è fatto uso della notazione matriciale.

La matrice dei coefficienti delle incognite (y-, xr) andrà orlata con la colonna a 2° membro; ne nasce la matrice completa del sistema, ch'è qua drata d’ordine 2n + /, il cui determinante ha da essere nullo per la coesi stenza delle 2n + / equazioni lineari.

Attese le proprietà dei determinanti ad elementi polinomiali, una siffatta condizione di coesistenza si traduce nell'equazione in è: (3.0) Di. cosà + Da. sind + Ds= 0, con ovvie posizioni dei determinanti a coefficiente D:, D:, Ds funzioni dei Cr, Sr, Cr, Sr, di, ivi noti. 3.3 - Quando tutti i coseni cr, c' (od i seni sr, s) fossero non nulli, si presenterebbe possibile una riduzione regolare di dimensioni, a struttura cioè più compatta. Si supponga siano non nulli i coseni cr, c'» e si inco minci a dividere ogni riga per il corrispondente cr 0 c'» e successivamente a modificare le righe 38, 5°, ...., (2n — 3)f, d'incice dispari, relative alle dire zioni Vr V++1, togliendovi la riga immediatamente precedente ed aggiungen dovi quella immediatamente seguente, ricordando pure le posizioni (2.6); appariranno così alcune colonne aventi un sol elemento non nullo. 14




Limitandosi poi, per ora, alle prime cinque righe, alla 3% e 48 colonna si aggiungano rispettivamente la 1% e 2* colonna; dopo di che, alla 2? riga si aggiungano la 3° e la 4%, moltiplicata questa per — 1. Risulterà: ti 1 0 0 dea di2/c'1 Ì — ti 0 0 eee 0 0 ti t1 tr î2 00... pr. COS d + Qi. sin d 0 0 tata tata... ++ pe. COS È + Qq2. sin è

Si tolga poi la 2* riga moltiplicata per t’1 dalla 1*; si elimineranno così la 1° colonna e 2° riga ed il fattore non nullo 1/c"È, atteso che: ti—-t1=— sin (agi — a) / (cI. cli).

Non resterà allora altro che moltiplicare la 1° riga per sin(a’\— a;) / ci ed aggiungerla alla 28.

Si prendano ora in considerazione le ultime cinque righe. Elaborazioni analoghe alle precedenti permetterranno intanto di scrivere: tina tn-2 t'n-2— fini 0 pn-2 .COS è + Qn-2. sin d 0 tin-1— in tn — tne1 pn-1, COS ù + Qn-1. sin Ù 0 0 1/c'2n-1 (1) da-i,n / Cn

Sì ricordi ora essere: sin(on— o'n-1) sin an tnt Uni Ti T-___-——_—____T_—==z: Tr COST. COSO'ne1 Cn. C'n-1 e si potrà quindi togliere dalla penultima riga l’ultima moltiplicata per sin qn/Cn.

L'assetto finale d’una siffatta equazione di coesistenza delle 2 n + / equa zioni lineari del sistema è allora quello del quadro 2 a pag. seguente.

E’ evidente la regolarità di struttura del termini differenziali, tranne che per le righe estreme (1* ed ultima) influenzate dalle distanze (non nulle) di12, dn--1, Na Associando alle prime n —/ colonne della matrice a 1° membro dell’equa zione del quadro 2 ora la colonna delle pr, ora quella delle ‘9: ed in un terzo tempo quella delle dir. sin (a, a) / ci, 0, 0, ...., 0, 0, (1° dn-1, n. sin an/Cn, si ottengono tre matrici quadrate i cui rispettivi determinanti saranno ricordati sinteticamente con A, 5, C, che permetteranno così di presentare l'equazione del quadro 2 nella forma semplice: (3.1) A.cosgà + B.sind +C=0.

Essa, o ancor meglio la più generale (3.0), è appunto l’equazione deter minatrice del parametro d'orientamento è. A motivo della presenza, assieme ai termini in cosà e sinò, degli elementi lineari di: e dn-1, n non nulli, la sua risoluzione dipenderà in genere, quando non abbia coefficienti tutti nulli, da una equazione di 2° grado completa in tan(%/2), salvo che in casi parti. colari non sia nullo qualche coefficiente, [il termine noto C, ad esempio, com'è quando contemporaneamente fosse gi = ai (mod 1), an = 0 (mod x), cioè per Ti ViV: tra loro allineati e così pure per Va-1Va Tr ]. 34. — Se i punti 77 e Vr sono veramente punti del terreno o, per meglio dire, immagini (cartografiche) di punti realmente esistenti nel mondo fisico, su cul sono stati di fatto rilevati o si sarebbero potuti rilevare gli elementi originari di ar, ar, di2, di-1,», non v'è dubbio che vi sarà almeno un valore reale di è soddisfacente l'equazione di coesistenza, e quindi le radici della equazione quadratica risolvente, posto logicamente che le soluzioni non siano infinite a causa di una completa indeterminazione, saranno entrambe reali. 15




i ITtLLTel... x 8 D fi n im o @ UV . bi _ ‘4. . * 7 e . n c _ . | La vd e Db * n. . . T Sr È z g 4 . . . . i ari ‘ . . » * ' n ‘ a . . _ » ‘ » . . + n I (1 8 ” » e SD S . . G E ci o ' . £ en * ° nm da dai È © © (1° oto ° . . +. CA) » + . ha » i N e Gs_d ».. _ o. ’ i | cn amd vr » è I ni + a . R a » n w °° ent d vert ‘ ’ lo jo a ". "N "A * | jo . le es + + + ie ele || È ca 0 ® © ® * 3» DD lo ° #_* ‘ % + + + . 2 tn + el ti * Ò Ò o SP ® 1 0 ® 0. è è 9 o w o . » 7 n u ». . è o o a . o. . o 0.0. nn” YU 9 o . ,» r+ y m . . ì ' n e * . ' + ve Uni m ' ; nr ca da : . s c Lal fa da pa too na ia da (Ia 19 . . *_* -a . , . è } . » ** Li s e ‘ ‘ » «- d © O © >». 2 o o e » o È ' . . * * N " ‘i e. I i » . . . - & G «è. . » * ai ci Di sn ® e» U 'T ! c 7 . * U ' ' n° è % e » î . * 1 t [= | # 4 por q pu I 6 i a . i . . e £ ce £ = ss £ 2 s_‘% Ca) de t e e. i c e * A . ‘ La . . ey ‘ s è 4 5 ‘ * 1 ® 4 . v . é e L PI . . , sd vi sè i 9. ° " « ‘ . m a è . . I ‘ ‘ . » Gi . . » ‘ ds . ‘ » . . . . . ° ° ° . « è ‘ ‘1 o o 0 ,.,, . . . .» e » N e * trai e . dd . . . . o o 1 . . . .’ _ . . v ‘a + a . ‘ TIT . è hu _ » o» a» 4 Lil . . = A . . @ C 1 + 200 È 3 ant " . . . . “ * a J sd e. o TI ' si a % cem Id ' . dò + . ® N ved . " » - e » . .. e ‘+ 0 dv è. emi word è h VU di dl . v n *«" [] 1 DD su‘ ti) 4 du +. TLT «a 2 dh) c . . n . ‘ dl de È 4 a ca . . ì c ' . i ' " Q id . t e . 3 . . crd ‘ hd tI . " è . . 0 t o 5 ‘+ » ‘ . sù . , * . I rl . * . . cdl » . . . a Q (©) . . Fur! o [| . . . . Ma . . o . e 4 o © O O - MI ° è. dl 4 . . *' “ “ . . 4 = * » * _i . . tan " * - O =. 4, £ 3 ‘o. E 3 - to



L'opzione tra i due (nel primo giro angolare) possibili teorici valori del parametro è si effettuerà in genere per raffronto di un qualche elemento, rigoroso od approssimato od anche qualitativo (annotato in fase di rilievo o comunque noto od acquisibile in tempi e modi opportuni), con l’analogo elemento prodotto dai valori di è da discriminare. 3.5. — Ed infine s’osservi, ad esempio, che, al tendere di V. a Vna-1, dn-1,n tenderà ad annullarsi ed q’-1, an tenderanno a dei limiti dipendenti dal percorso di V» verso Vn-:. Si può pensare che, al di là o a partire da una certa posizione, Vx tenda a Vn-: muovendo lungo la visuale da Vn-1 a Tn, e quindi sia, al limite:

Va= Val, o'n-1 = Vn2 Vani Tn (mod T), Qnm = O (mod TT), dn-1, n — O, gn — o'n-1 + Un, in = Un=1.

In tali condizioni l'ultima riga dell'equazione del quadro rientra nella normalità con fn = #'n-1, € dn-1, n= 0, cioè di struttura pari alle precedenti, meno che la prima se dir #£ 0.

Se dir sì conserva # O, pur con dn-1i,n = O il problema dipenderà in genere ancora da un'equazione quadratica, e perciò: « se anche un sol estremo della catena di quadrangoli del problema ampliato di MAREK non è trian golare, le configurazioni possibili (se in numero limitato) saranno in ge nere due ».

Analoghe considerazioni limite potranno introdursi per l’altra coppia estrema Vi, V: ed al limite s’assumerà:

Vi= Va, a; = Vo V2T, ul = a;(mod rx), dia=0, ti = ti, cas = Ti V2 T2(mod n), oi = Ti V2 Vs(mod n).

Dopo di che è immediato constatare che in caso di nullità di entrambe le distanze di2, dn-1,n estreme, e cioè di coincidenza sia di Vi con V: che di Va-1 con Va, sì che la configurazione è quella d’un problema ampliato di MAREK, l’equazione del parametro è diventa lineare in tan è e coincide appunto, assumendo Vo= Ti: e t1=0, con quanto suggerisce direttamente un siffatto problema. (Cfr. equazioni [1'] e [3] della già citata nota « Sul problema di MAREK etc. »).

Altrettanto dicasi nel caso, un po’ più generale, risultasse: di: . sin(a/—o;) = 0 = da-1, n. sinan, per terne allineate Ti Vi Ve, Va-iVa Tn.

Nello schema qui esposto rientra pure il problema ampiamente trattato in altra recente nota per n = 3(*). Le costruzioni geometriche colà presen. tate evidenziano appunto per quel caso, tramite la visualizzazione delle due eventuali configurazioni solutrici possibili, l'ordine o grado dell’attuale pro blema (quadratico). A quelle soluzioni grafiche, anzi, ci si riconduce, tramite una successione ordinata di punti di COLLINS; nei casi in cui una delle due distanze estreme di2, dn-1, n fosse nulla, e cioè la catena dei quadrangoli iniziasse o finisse con un quadrangolo degenere in triangolo, è immediato.

Le figg. 2 e 3, di facile intelligenza, presentano due distinti esempi grafici di coppie di configurazioni solutrici acquisibili con l’elaborazione degli ele menti « strettamente necessari », (*) V. TOMELLERI, « Possibilità di un nuovo tipo di intersezione inversa mul tipla a soli quadrilateri nel posizionamento di poligonali planimetriche appoggiate ”a visuali isolate” a punti noti inaccessibili », Rivista del Catasto e dei Servizi Tecnici Erariali, nuova serie, anno XXV, 1970. 17




Per la costruzione grafica relativa alla fig. 2 sì rimanda alla già citata memoria: « Possibilità di un nuovo tipo etc.» e precisamente al « metodo del trapezio ».

Per quanto concerne, invece, la soluzione grafica della fig. 3, e cioè più in generale per quel che riguarda un qualche procedimento grafico di co / Lt \ ì Mz di Vv V? A : xa ET a Ya di A x 77 / x Az Ce Wi 4% %3/( x k Tu, / Sr, ” SSN 7) iL Se] ; : È og Ara fig.2 wu e IEZO 1 || "a (Op si a SY N: ITA i \// ANNO NO 1 “xort@ : x XX L N ì e -|_ ZEN t/a Cs / | ° . e " x. 1/ Ta Q Nd è S 22000» È x . . f f N » ST la "L, I. / nei 2 <, \/ I __ hg ai A » TT nm n 7 2 L j A TsaVo —— —_ a VI TE" TT I / Ta Ta È L struzione e determinazione per l’intersezione quadratica inversa nel piano, si preferisce qui non dilungarsi e rimandare la trattazione dell'argomento ad altro prossimo lavoro. 3.6. — Una volta acquisito il valore del parametro, 2 n opportune equa zioni, a determinante non nullo, delle 2 x + / del sistema iniziale (quadro 1) permetteranno di determinare le 2 n incognite principali (xr, y). Oppure an che, utilizzando la (2.15) o (2.16), ci si potranno procurare i raggi vettori Ti1Vi, T2V2, Tn-1 Vn-1, TnVa dei quadrilateri estremi a distanze d,,, divn conosciute, e di seguito gli altri raggi vettori Tr V+; atteso poi il significato di è + c,, l'acquisizione delle coordinate (xr, yr) di Vr è immediata.

Per una pratica applicazione numerica, ad evitare gli inconvenienti di sec or = tan or = 00 = tan gs' — sec os, in una elaborazione elettronica a pro gramma converrà stendere l’equazione del parametro è in termini delle fun zioni circolari sin e cos anzichè tan, riferendosi cioè alla (3.0) ed al quadro 1. 3.7. — Da ultimo, qualche osservazione, utile anche per il seguito, a pro posito di unicità o meno di configurazioni solutrici.

I) La (3.1), in generale, salvi casi eccezionali, dipenderà dall’equazione di 2° grado: Ù Ù (3.2) (CT— A).tanz—+2B.tan—-+(C+A)=0. 2 2 18




(ad esempio: problemi di MAREK, HANSEN, SNELLIUS-COLLINS-POTHE- NOT), annullandosi di conseguenza anche il termine C, onde si ha: (3.8) tand = — A/B.

Valori è soddisfacenti alla (3.8) e differenti di multipli dispari di x porteranno alle medesime soluzioni (xr, yr) dato il contemporaneo intervento di cos ò, sind nelle (2.8), oltrecchè beninteso nei quadri 2 ed 1, vigendo logi camente le (3.7).

Del resto, quando si voglia, avendo luogo la 18 delle (3.7), ci si potrebbe procurare, in particolari condizioni cui in genere ci si può facilmente ricon durre, un’altra funzione circolare del parametro d’orientamento valendosi delle seguenti considerazioni generali,

Per l’angolo 72 71 V2, interno od esterno al triangolo 717z2V:, avendo luo go la 1? delle (3.7), si ha facilmente per intanto: . A . | Va Ts (3.9) sin TaT1V2= — cos(a — qu). sino. —— , |T,Tal A | Va T. | | Ti Va | (3.10) cos T2 Ti Va = cos(ai — gu). cosa — + ————. * ‘1: . TT] |T, Ta] .

Chiamato ora è: l'angolo di direzione della semiretta 7:17? orientata da

Ti verso 7?, risulta: (3.11) d = di + TaT1 Vea au: Ne seguirebbe intanto, ad esempio, per la funzione sin è: i Va Tal (3.12) sind = cos(al — a1). sin [di (a; + a2)]. —__ + (TiTa| . Ti Va | + sin(diz— ad). —— — . co Tata.

Ed ora, quando non vi siano particolari difficoltà, si potrebbe pensare di riferire la configurazione piana in studio ad un sistema cartesiano (71; X*, Y*) ottenuto traslando e ruotando l’originario (0; X, Y) fino a portarne l'origine in Ti e l’asse X+ a coincidere con la 7:17? orientata da 7: a 72; cioè: (3.13) % = (X—X1).cosdiz +(Y— Yi). sind, Y* = —(X— X1). sin di: +(Y— Y1).cos Àd,.

Di più, quale punto iniziale Vo si pensi d’assumere lo stesso 71, onde le varie somme or, cr ed a. andran corrette di — ai: (3.14) o*: = ora, or*=o'—a, a*=a' — a, . il che equivale a porre, in tutte le formule della precedente trattazione, ai = 0, or = or”, ar = gr”, di = ai'*.

Sempre vigendo le (3.7), cioè: (3.15) diz.sinor'* = O = dn-1,,n.SInan, il parametro d’orientamento è* coincide ora con l'angolo T: Ti V: e si avrà: (3.16) tan d* = — A*/B*, (3.17) sin d* = — cos qi'*. sin az . | Va Ta[/XKo, avendo ora indicato con A*, B* quanto divengono le A, B secondo la pre 20




detta trasformazione roto-traslatoria di coordinate e riuscendo pure ovviamente X,* = |T,T.|. |Dal che risulta essere, in simili condizioni, sin òd* discorde da cos qi'*.sinaz e quindi:(3.18)cos qu'* . sin az | tan d*|sind = — ——_— _——_—__eee-+P.E-_.|cosa:'*.sina:| y1+tan?d*.Le (3.7) o (3.15) costituiscono, dunque, in tale caso, le condizioni diopzione per dir così automatica.III) Da sottolineare, infine, che le (3.3) e (3.7) non sono altro che duepossibili esempi di condizioni sufficienti per l'unicità della configurazionerisolvente; pare infatti non debbano essere anche del tutto necessarie, comeapparirà dal seguito immediato.In tema, appunto, di condizioni necessarie e sufficienti per l’unicitàdi soluzione si presentano spontanee ed opportune le seguenti considerazioni ed osservazioni.Si dicano è: e è: i due possibili valori reali (nel primo giro angolare)del parametro d'orientamento è acquisiti tramite la soluzione dell'equazione(3.0) o (3.1), che si supporranno a coeflicienti non tutti nulli.Ogni è, (r = 1, 2), genererà un sistema del tipo quadro 1. Delle 2n + 1equazioni di ciascun: sistema, 2n al massimo risulteranno indipendenti ecompatibili esistendo di fatto, per la realtà del problema proveniente da unasituazione del mondo fisico, almeno una soluzione reale. Se le equazioni indipendenti fossero 2n— I, due di esse sarebbero una combinazione delle altreed il problema sarebbe completamente indeterminato ed i coefficienti della(3.0), o (3.1), sarebbero tutti e tre nulli.Fatta, dunque, eccezione per il caso di completa indeterminazione, le 2 nequazioni indipendenti sono le medesime per l’uno (relativo a è = è) e l'altro (dipendente da è = è:) sistema generato, data la supposta esistenza dialmeno una configurazione risolvente reale e tra di esse apparirà una, almeno, delle due equazioni (prima ed ultima del quadro 1) nei cui termininoti appaiono le distanze di2, dn-1, n.Le coordinate (xrs, v:) della posizione V:s del punto V+, per è = ès, Saranno esprimibili da relazioni lineari del tipo:(3.19) ITfxss = he . sîn ds + ke. cos ds + le. di: + mr. dan, ì!Yrs = mr. SIN ds + xr . COS ds + Ar. di + pr. dn-1, n,(r=1,2,...n—T—-1l,n,; s= 1,2),con h:, kr, L, mr, nr, x ) pr opportune funzioni, anche nulle, dei coefficienti presenti, a 1° e 2° membro, nelle 2n equazioni indipendenti considerate.Le (3.19), sostituite nelle (2.8), assieme all'omonimo è = ès, condurrannoalle richieste (xrs, yrs).S'impongano ora le uguaglianze d’unicità di soluzione:(3.20) Xrl = Xr2, YVrl1 = Yr2 .(r=1,2,...n_-1n).Ne seguono le 2n seguenti equazioni, necessarie e sufficienti per l’unicità d'una configurazione risolvente:21




(3.21) k:.Eit—nr. E2 + {hr ye). E3 + gr. Ei — ye. Es = O, xr.E1+ hr. E2+ (kr: + ne). E3 + yr.E4 + gr.E5= 0, (r=1,2,...,nT—-1l,n), lineari nelle espressioni: (3.22) Ei = cos? di — cos? dz, Ea = sin? di— sin? èz, E3 = sindi.cosdi — sin dz. cosà,

E4 = cosdi— così, Es= sindi— sind, contenenti funzioni goniometriche circolari di di e d:, ed una volta che si sia pure posto: (3.23) gr = lr diz + Mr dn-1,n, yer = Àr diz + Mt dn-1, ny (r=1, 2... N-1, n).

Ora, per questioni ove sia di: = O = dn-1, n, 0 a queste condizioni pra ticamente riconducibili, com'è quando hanno luogo le (3.7), o quando per ogni. 7 sia: i k=mr=):=spuyur=0, le (3.21) si riducono alle più semplici trinomie: (3.24) k:.E1— nr. E2 + (hr — xe). E3 _ O, xr.E1+ hr. E2 + (kr+n0).E3=0, (r=1,2,...,n—- 1, n).

Per un problema semplice di SNELLIUS-COLLINS-POTHENOT, è r = 1 e la matrice dei coefficienti delle (3.24): (3.25) | ki —n hi—xi | 1 hi ki+ N ha caratteristica 2, altrimenti intercorrerebbero dei legami di dipendenza tra le grandezze intervenienti nelle /1, ki, n, x; provenienti da due sole equa zioni delle tre del sistema del quadro 1 corrispondente.

Le due (3.24) stesse, od altre equivalenti deducibili con la teoria delle equazioni lineari omogenee, costituirebbero dunque due equazioni indipen denti per la determinazione di è: e d:, adducenti ad un'unica configurazione risolvente, che verrebbero così a dipendere, non già dalla terna di equazioni del sistema del quadro 1, come vuole l'equazione risolvente generale (3.0), ma esclusivamente da due sole di esse. Nelle premesse ipotesi, dunque, le due (3.24) in parola non potranno che essere soddisfatte dalle contem poranee: (3.26) Ei1=0, E2=0, E3—-0, e cioè da: (3.27) d1 = è: (mod rn).

In altre parole, se così non fosse, cioè se non sussistessero le (3.26), le due (3.24) (ove è: e è: s'intendano espressi mediante i coefficienti della (3.0)), assieme alla matrice (3.25) di caratteristica 2 od 1, darebbero luogo a due o tre distinti legami di reciproca dipendenza tra tutti gli elementi assegnati o rilevati (X+, Yr), ar, a, ed in genere indipendenti, indispensabili alla solu zione del problema non indeterminato.

La (3.27) comporta sia C = O nell'equazione (3.1). 22




Per 122 punti V., (r= 1, 2, ... n—1,n) e di, dn-i,n ambo assenti da tutte le corrispondenti (3.21), delle 2m » 4 equazioni (3.24) o ve ne sono tre tra di loro linearmente indipendenti o 21 —2 sono combinazioni lineari di due indipendenti. In questa seconda alternativa varrebbe quanto già poc'anzi osservato per n =1=r. Dunque, nell’una o nell’altra situazione, le 2n equazioni (3.24) saranno soddisfatte solo dalle (3.26) e cioè ancora dalla (3.27).

Per n» 2 punti V,, (r = 1, 2, ..., 1-1, n), e per die 0 da-1,n od en trambi presenti in qualcuna delle (3.21), in tutto il loro insieme appariranno in genere tutte e cinque le espressioni Ei, (i = 1, 2, 3, 4, 5), dipendenti da funzioni circolari sin e cos di di e dz.

Ed ora, se il numero dei V, è due, le quattro equazioni (3.21) o sono tutte e quattro linearmente indipendenti o la matrice dei coefficienti kr, np, etc. ha caratteristica non superiore a 3.

Nell’uno e nell’altro caso avremmo, ove si esprimano è: e 32 mediante i coefficienti della (3.0) o (3.1) e si tenga pure conto dell’annullamento dei minori quando la caratteristica sia inferiore a 4, almeno 4 distinti legami di reciproca dipendenza tra tutti gli elementi assegnati o rilevati (X,, Yr), ar, or, ed in genere indipendenti, indispensabili alla soluzione del problema non indeterminato. A ciò si ovvia con la conclusione che per la coesistenza delle 4 equazioni (3.21) dovrà essere contemporaneamente: (3.28) Ei=0, E2=0, E3-0, E4=-0, E5=0, e cioè: l (3.29) di = dz: (mod 2 x).

Se il numero dei V, è superiore a 2, tra le almeno 6 equazioni (3.21) o ve ne sono 5 linearmente indipendenti o l'indipendenza lineare si limita a non più di 4 di esse. Nell’uno e nell’altro caso, comunque, o per la teoria delle equazioni lineari omogenee o per le considerazioni poc'anzi svolte, avranno luogo le (3.28) e (3.29).

La (3.29) implicherà la (3.3).

In conclusione, dunque, l’unicità di soluzione, in caso di problema de terminato, comporta sia di necessità o C = O oppure C? = A° + B? se C40. Questa seconda alternativa si rivela pure sufficiente; non vale altrettanto per la prima condizione C = O.

Assieme a C= 0, equivalente alla di = è: + rx per modo che le (3.21) sì riducono alle: | (3.30) { gr. COS di — ye. sin di = O, yr. COS di + gr. sin di = O, (r=1,2,...,n_-1, n), se sl pretende l’unicità di soluzione, occorrerà ipotizzare sussistano pure le uguaglianze: (3.31) lr. iz + mr. dn-1,n = O, Ae. die + pur. doi, n = O, (r=1,2,....,nT_-l,n), in particolare soddisfatte da d12 —_ O —_ dn-1, n , com'è nei problemi classici, semplici od ampliati, di SNELLIUS-COLLINS- POTHENOT, HANSEN, MAREK. (continua) 23