Es quizás el primer matemático de la antigüedad en tratar la Trigonometría como una disciplina o rama separada del tronco de las matemáticas y así se desprende en su Tratado sobre los cuadriláteros fue el primero en enumerar la lista de los seis casos distintos de ángulo recto en un triángulo esférico (trigonometría esférica). Sus trabajos en trigonometría le llevaron a ser el primer astrónomo oriental en tener una visión clara de la trigonometría plana y esférica.
Inventó una técnica geométrica denominada acople Tusi que ayuda a la solución cinemática del movimiento linear como suma de dos movimientos circulares. Al-Tusi calculó el valor de 51’ para la precesión de los equinocios e hizo enormes aportaciones a la construcción y uso de algunos intrumentos astronómicos incluyendo los astrolabios y los cuadrantes solares.
Tusi elaboró tablas muy precisas sobre los movimientos planetarios y los plasmó en su libro Zij-i ilkhani (las tablas iljánicas). Estos libros contenían posiciones en formato tabular con las posiciones de los planetas y el nombre de las estrellas. El sistema planetario propuesto por él fue el más avanzado de la época y fue usado extensivamente hasta el advenimiento del modelo heliocéntrico en tiempos de Copérnico. Entre los periodos de Ptolomeo y Copérnico se consideró a al-Tusi como el científico más eminente en el campo de la observación astronómica.
El famoso observatorio astronómico de en Maragué (al norte de Irán) se construyó para desarrollar el trabajo de este científico.
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