scrivo la mia soluzione ditemi che ne pensate:
Chiamo

la distanza verticale da un punto generico al limite dell'atmosfera dove

. Chiamo

l'altezza dell'atmosfera. L'assunzione fondamentale è che la funzione
)
essendo monotona crescente ed avendo pendenza media

(quindi piccolissima ) si può assumere lineare, e quindi:
=\frac{n_t-1}{a}x+1)
Ora chiamando
)
l'angolo che la luce forma con la verticale ad un altezza

scrivo la legge di Snell all'altezza

:
)}{sen(\theta(x+dx))}=\frac{n(x+dx)}{n(x)}=\frac{\frac{n_t-1}{a}(x+dx)+1}{\frac{n_t-1}{a}x+1}=1+\frac{\frac{n_t-1}{a}dx}{\frac{n_t-1}{a}x+1})
Ora nell'ultimo termine il denominatore è nella forma
)
con

e utilizzando l'approssimazione (non sapendo scrivere circa con Tex scrivo uguale)
^{\alpha}=1+\alpha (t))
se

riduco magicamente la legge di Snell (trascurando il termine
^2)
perchè è molto più piccolo degli altri ) a:
)}{sen(\theta(x+dx))}=1+\frac{n_t-1}{a}dx)
Ora la cosa furba da fare è il cambio di variabile
=\theta-\phi(t))
così che
)
è sempre piccolissimo e posso scrivere(sempre senza saper usare il circa)
)=1)
e
)=\phi(x))
. Mettendo tutto nella legge di Snell ottengo quindi:
cotg(\theta)}{1-\phi(x+dx)cotg(\theta)}=1+\frac{n_t-1}{a}dx)
Ora utilizzando l'approssimazione di prima visto che
cotg(\theta)<<1)
:
cotg(\theta)}{1-\phi(x+dx)cotg(\theta)}=(1-\phi(x)cotg(\theta))(1-\phi(x+dx)cotg(\theta))=1+cotg(\theta)(\phi(x+dx)-\phi(x))-\phi(x)\phi(x+dx)cotg^2\theta=1+cotg(\theta)\phi'(x)dx)
dove ho trascurato il termine
\phi(x+dx)cotg^2\theta)
perchè è piccolissimo, e ho usato il fatto che
=\phi(x)+\phi'(x) dx)
La legge di Snell diventa quindi:
\phi'(x)dx=1+\frac{n_t-1}{a}dx)
cioè
=tg{\theta} \frac{n_t-1}{a} x)
Quindi integrando e ricordando che
=\theta-\phi(x))
si arriva a
=\theta-\frac{n_t-1}{a} tg{\theta} x)
e visto che
)
la relazione cercata è
tg{\theta})