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數學公式

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結果

弓形面積
7.135
平方單位
圓心角(弧度) 1.570796
弧長 7.854
弦長 7.0711
矢高(弓高) 1.4645

什麼是弓形?

弓形是指圓被一條直線(弦)「切」出來的那一塊區域,也就是弦與它所對應弧線之間圍成的面積。本計算器會依據圓的半徑與弦所對應的圓心角,算出這塊弓形的面積,同時提供弧長、弦長以及矢高(弓形的最大高度)。

圓中一條弦截出陰影弓形,標註半徑、圓心角、弦、弧和弓高
弓形是弦與其弧之間的區域,由半徑 \(r\) 和圓心角 \(\theta\) 確定。

如何使用本計算器

請輸入圓的半徑 r 與圓心角 θ,並選擇角度的單位是「度」還是「弧度」。若選擇以「度」為單位,計算器會在套用公式前自動換算成弧度。按下計算後,即可一併看到弓形面積、弧長、弦長與弓高。

公式解析

弓形面積的公式為:

$$A = \frac{1}{2}\,r^{2}\left(\theta - \sin\theta\right)$$

此處的 \(\theta\) 必須以弧度為單位。其中 \(\frac{1}{2}\,r^{2}\theta\) 是扇形(也就是那塊「派形」)的面積,而 \(\frac{1}{2}\,r^{2}\sin\theta\) 則是由兩條半徑與弦所構成的三角形面積。用扇形面積減去三角形面積,剩下的就是弓形。若要把度換算成弧度,只需乘以 \(\frac{\pi}{180}\)。

圖示:扇形減去三角形等於弓形
弓形面積等於扇形面積減去三角形面積,即 \(A = \frac{1}{2}r^{2}(\theta - \sin\theta)\)。

計算範例

假設 \(r = 5\)、\(\theta = 90°\)。先換算: $$\theta = 90 \times \frac{\pi}{180} = 1.570796 \text{ 弧度}$$ 接著 \(\sin\theta = \sin(90°) = 1\)。因此 $$A = 0.5 \times 25 \times (1.570796 - 1) = 0.5 \times 25 \times 0.570796 = 7.13495 \text{ 平方單位}$$ 弦長為 \(2 \times 5 \times \sin(45°) \approx 7.0711\),矢高為 \(5 \times (1 - \cos 45°) \approx 1.4645\)。

常見問題

圓心角和弧是同一回事嗎?圓心角 \(\theta\) 是在圓心處,由連到弦兩端點的兩條半徑所夾出的角度;而弧長則等於 \(r\cdot\theta\)(\(\theta\) 以弧度計)。

如果角度超過 180° 怎麼辦?本公式對 \(\theta\) 最大到 360°(\(2\pi\))都成立。當 \(\theta\) 大於 180° 時,算出的就是較大的那塊「優弓形」面積。

答案使用什麼單位?面積的單位由半徑的單位決定,採其平方——例如 \(r\) 以公分(cm)為單位,面積就是平方公分(cm²)。

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