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/ NetNews Usenet Archive 1992 #26 / NN_1992_26.iso / spool / sci / math / 14666 < prev    next >
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Internet Message Format  |  1992-11-09  |  4.4 KB

  1. Path: sparky!uunet!destroyer!cs.ubc.ca!unixg.ubc.ca!unixg.ubc.ca!israel
  2. From: israel@unixg.ubc.ca (Robert B. Israel)
  3. Newsgroups: sci.math
  4. Subject: Re: Mercator Projection
  5. Date: 9 Nov 92 23:35:41 GMT
  6. Organization: The University of British Columbia
  7. Lines: 84
  8. Message-ID: <israel.721352141@unixg.ubc.ca>
  9. References: <a34uTB4w165w@netlink.cts.com> <israel.721212129@unixg.ubc.ca> <1992Nov8.214329.27209@CSD-NewsHost.Stanford.EDU>
  10. NNTP-Posting-Host: unixg.ubc.ca
  11.  
  12. In <1992Nov8.214329.27209@CSD-NewsHost.Stanford.EDU> pratt@Sunburn.Stanford.EDU (Vaughan R. Pratt) writes:
  13.  
  14. >In article <israel.721212129@unixg.ubc.ca> israel@unixg.ubc.ca (Robert B. Israel) writes:
  15. >>In <a34uTB4w165w@netlink.cts.com> kfree@netlink.cts.com (Kenneth Freeman) writes:
  16. >>
  17. >>>My Mercator projection goes 'up' to only 84 degrees, ~the northern
  18. >>>tip of the classically huge Greenland. I'd like to know three things.
  19. >>>1) For a given area, what is its apparent increase in size for a 
  20. >>>given latitude? I.e., what is the rate of increase the closer you
  21. >>>get a pole (and infinity)?
  22. >>
  23. >>At latitude t, linear dimensions are multiplied by sec(t), so areas are
  24. >>multiplied by sec^2(t).
  25.  
  26. >Turns out if you try to calculate this using the 1986 Encyclopedia
  27. >Britannica you get sec^3(t).  The reason is that EB defines the
  28. >Mercator Projection to be the result of projecting the globe from its
  29. >center onto the cylinder tangent to the equator.  If this were true the
  30. >vertical direction would scale not by sec(t) but by the derivative of
  31. >tan(t), namely sec^2(t).
  32.  
  33. >Since the Rand McNally Mercator projection of the world hanging in our
  34. >kids' playroom fits your formula exactly, and since the EB definition
  35. >would make Greenland (.84M sq.mi) look at least five times bigger than
  36. >South America (6.8M sq.mi) (it looks roughly the same size), I'd say
  37. >you were right.
  38.  
  39. Appalling goof by the EB!  I looked in a 1967 Britannica, and they didn't
  40. make that error (although they didn't give the formula either).
  41.  
  42. >So how is the Mercator projection defined?  One way I've seen is that
  43. >it maps rhumb lines (lines of constant bearing, not sailors waiting for
  44. >their daily ration) to straight lines of the corresponding slope, which
  45. >would seem to determine it uniquely up to dilatation (translation or
  46. >scaling).
  47.  
  48. This is the feature that made it valuable to 16th century mariners:
  49. you just need to draw a straight line on the map from where you are
  50. to your intended destination, measure the angle between this and a
  51. meridian, and keep that heading on your compass until you get there
  52. (with some complications due to the difference between magnetic north
  53. and true north).
  54.  
  55. >An immediate consequence of this definition is that the Mercator
  56. >projection is conformal (locally shape-preserving).  However
  57. >conformality in the plane is weaker than dilatation (e.g. z^2 as a
  58. >transformation of the complex plane, which sends z+e to z^2+2ze for
  59. >small e, rotating and scaling e by 2z).  So conformality alone isn't
  60. >enough to define the Mercator projection.  One might ask for the
  61. >projection to be linear, but what does linearity mean when projecting
  62. >from a globe?  The EB definition gives a notion of linear projection
  63. >from a globe, but unfortunately it's wrong.
  64.  
  65. >So with the goal being to patch the EB definition:
  66.  
  67. >1.  What is the weakest condition required in addition to conformality
  68. >to uniquely determine the Mercator projection up to dilatation?
  69.  
  70. If you conformally map the sphere with the North and South poles removed, 
  71. 1-1 onto a cylinder, don't you have the Mercator projection up to 
  72. translation and reflection?
  73.  
  74. >2.  What other natural definitions exist for the Mercator projection?
  75.  
  76. A conformal map in which all meridians are vertical.
  77.  
  78. A physical model: blow up a spherical balloon inside a cylinder, and have
  79. it stick to the walls of the cylinder when it touches them.  
  80.  
  81. >The EB should use the best definition.
  82. >-- 
  83. >Vaughan Pratt
  84.  
  85. By the way, for a very entertaining exposition of some of the history of
  86. the Mercator projection and its mathematical aspects, see the article
  87. "An Application of Geography to Mathematics: History of the Integral of
  88. the Secant" by V.F. Rickey and P.M. Tuchinsky, Mathematics Magazine
  89. vol. 53 #3 (May 1980), 162-166.  Especially recommended for calculus
  90. instructors trying to motivate the integral of sec(x).
  91. -- 
  92. Robert Israel                            israel@math.ubc.ca
  93. Department of Mathematics             or israel@unixg.ubc.ca
  94. University of British Columbia
  95. Vancouver, BC, Canada V6T 1Y4
  96.