什麼是圓錐台?
圓錐台是把一個正圓錐的頂端,沿著與底面平行的方向切掉一塊後所留下的立體。切完之後就形成一個「截頂圓錐」,上下各有一個圓形面:底面半徑較大(R),頂面半徑較小(r),兩者之間相隔一段垂直高度(h)。生活中常見的例子包括水杯、燈罩、水桶與花盆等。
計算機怎麼使用
只要輸入底面半徑(R)、頂面半徑(r)與垂直高度(h),單位可任意選用,但三者必須一致。計算機會自動算出體積(立方單位)、斜高、側面(曲面)表面積、上下兩個圓面的面積,以及總表面積。若頂面半徑等於 0,圓錐台就會變成一個完整的圓錐;若 R 等於 r,則會變成一個圓柱。
公式說明
體積採用「截面平均」的原理計算:
$$V = \frac{1}{3}\pi\,\text{h}\left(\text{R}^{2} + \text{R}\,\text{r} + \text{r}^{2}\right)$$斜高是沿著傾斜側邊量得的直線距離,可用畢氏定理求得:
$$\ell = \sqrt{\left(\text{R} - \text{r}\right)^{2} + \text{h}^{2}}$$包覆圓錐台的曲面側表面積為
$$A_L = \pi\left(\text{R} + \text{r}\right)\ell$$再加上上下兩個圓面(\(\pi\,\text{R}^{2}\) 與 \(\pi\,\text{r}^{2}\)),即可得到總表面積。
實際範例
假設 \(R = 5\)、\(r = 3\)、\(h = 8\):
$$V = \frac{1}{3}\cdot\pi\cdot 8\cdot\left(25 + 15 + 9\right) = \frac{1}{3}\cdot\pi\cdot 8\cdot 49 \approx 410.50 \text{ 立方單位}$$斜高 \(= \sqrt{\left(5-3\right)^{2} + 8^{2}} = \sqrt{4 + 64} = \sqrt{68} \approx 8.246\)。側表面積 \(= \pi\cdot\left(5+3\right)\cdot 8.246 \approx 207.23\) 平方單位。
常見問題
h 是斜高還是垂直高度?請輸入垂直(與底面垂直)的高度,斜高會由計算機自動算出。
可以用什麼單位?任何單位都可以,只要 R、r、h 三者使用相同單位即可。體積結果為立方單位,面積為平方單位。
R 與 r 的輸入順序會影響結果嗎?不會。公式具有對稱性,因此交換兩個半徑的值,所得的體積與表面積完全相同。