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。
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。
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。