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數學公式

數學公式: 弓形計算器
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  1. Chord, arc and height

    Chord, arc and height: 弓形計算器

    Chord c, arc length s and sagitta h from radius r and central angle theta.

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結果

弓形面積 (A)
7.134954
所選長度單位的平方
弦長 (c) 7.071068
弧長 (s) 7.853982
弓形高/矢高 (h) 1.464466
Distance center to chord (d = r − h) 3.535534
弓形周長 (P = c + s) 14.925049
圓心角 (theta)(弧度) 1.570796
圓心角 (theta)(度) 90

什麼是弓形?

弓形是圓被一條弦(連接圓上兩點的直線)與該弦所截下的弧線所圍成的區域,外形就像一塊削平了頂部的切片。一個弓形由母圓的半徑 \(r\) 與對應弧線的圓心角 \(\theta\) 共同決定。本計算器一次幫你算出所有關鍵數值:弦長、弧長、弓形高(矢高)、圓心到弦的距離、面積與周長。

圓中一條弦截出陰影弓形
弓形是弦與它所截弧之間的區域。

如何使用

先輸入圓的半徑並選擇長度單位(mm、cm、m、km、in、ft、yd 或 mi);接著輸入圓心角,並選擇以度或弧度表示。計算器會在內部統一換算成 SI 單位進行運算,再把長度以你選定的單位輸出,面積則為該單位的平方,角度同時提供弧度與度兩種表示。角度有效範圍為 0 至 360 度(0 至 2π 弧度);當角度為 180 度時,弦恰好是直徑,弓形即為半圓。

公式解析

設 \(\theta\) 以弧度計、\(r\) 為半徑:弦長為 $$c = 2r\cdot\sin\tfrac{\theta}{2}$$ 弧長為 $$s = r\cdot\theta$$ 高為 $$h = r\left(1 - \cos\tfrac{\theta}{2}\right)$$ 圓心到弦的距離為 $$d = r\cdot\cos\tfrac{\theta}{2} = r - h$$ 面積為 $$A = \frac{r^2}{2}\left(\theta - \sin\theta\right)$$ 周長則很單純:$$P = c + s$$ 當 \(\theta\) 超過 180 度時,\(\sin\theta\) 會變為負值,因此這條面積公式會自動給出較大的(優)弓形面積。

標註半徑、圓心角、弦、弧、高和心距的弓形
弓形的主要參數:半徑 r、圓心角 θ、弦、弧、高(矢高)和心距。

實際範例

以半徑 5 cm、圓心角 90 度(\(\theta = 1.570796\) 弧度)為例:弦長 $$c = 10\cdot\sin(0.785398) = 7.0711 \text{ cm}$$ 弧長 $$s = 5\cdot 1.570796 = 7.8540 \text{ cm}$$ 高 $$h = 5(1 - 0.707107) = 1.4645 \text{ cm}$$ 心到弦距離 \(d = 3.5355\) cm,面積 $$A = 12.5(1.570796 - 1) = 7.1350 \text{ cm}^2$$ 周長 \(P = 14.9250\) cm。

常見問題

弓形和扇形一樣嗎?不一樣。扇形是由兩條半徑與一段弧線圍成(像一片披薩);弓形則是由一條弦與一段弧線圍成。弓形面積等於扇形面積減去三角形面積。

矢高(sagitta)是什麼?矢高就是弓形的高 \(h\),也就是從弦到弧線之間最大的垂直距離。

角度可以大於 180 度嗎?可以。介於 180 至 360 度之間的角度描述的是優弓形(較大的那一塊),而上述面積公式能直接處理這種情況。

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