角錐台とは
角錐台とは、角錐を底面に平行な平面で切り取ったときに残る立体のことです。大小2つの平行な面(小さい上面と大きい底面)を持ち、これらは互いに相似な多角形(正方形、長方形、三角形、六角形など)になります。本計算ツールでは、この2つの面の面積と、面と面の間の垂直距離(高さ)から、囲まれた体積を直接求めます。
使い方
上面積(S₁)、底面積(S₂)、高さ(h)の3つの値を入力してください。単位はすべて揃える必要があります。たとえば面積を平方センチメートル(cm²)、高さをセンチメートル(cm)で入力すると、体積は立方センチメートル(cm³)で求められます。単位の自動換算は行いませんので、高さの長さの単位を2乗したものが、面積に使った単位と一致するように注意してください。すべての入力値は0以上である必要があります。
公式の解説
体積は次の式で求められます。$$V = \frac{\text{Height }(h)}{3}\left(S_1 + S_2 + \sqrt{S_1\cdot S_2}\right)$$これは角柱台公式(プリズマトイド公式)の特殊なケースです。最初の2項は上面と底面の面積を表し、3項目の幾何平均 \(\sqrt{S_1\cdot S_2}\) は、両者の間でなめらかに変化する断面を考慮するための項です。2つの面が等しい場合(\(S_1 = S_2 = S\))、式は \(V = h\cdot S\) となり、角柱の体積に一致します。また、上面が1点に縮む場合(\(S_1 = 0\))には \(V = \frac{h}{3}S_2\) となり、完全な角錐の体積に一致します。
計算例
上面積が1、底面積が3、高さが2の場合を考えます。幾何平均の項は \(\sqrt{1\cdot 3} = \sqrt{3} \approx 1.7320508\) です。したがって、$$V = \frac{2}{3}\left(1 + 3 + 1.7320508\right) = \frac{2}{3}\left(5.7320508\right) \approx 3.8213672$$(立方単位)となります。
よくある質問
どんな形の角錐でも計算できますか? はい。正方形、長方形、三角形をはじめ、どんな多角形の角錐台でも、上面と底面が平行で相似な形であれば計算できます。
面積ではなく辺の長さしかわからない場合は? まず各面の面積を求めてください(たとえば正方形なら一辺×一辺)。その面積をここに入力します。
なぜ公式に平方根が含まれるのですか? \(\sqrt{S_1\cdot S_2}\) の項は2つの面の幾何平均であり、両者の間で徐々に変化する断面を表しています。この項があることで、角柱台公式が角錐台の体積を正確に表せるのです。