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輸入計算

數學公式

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結果

直角座標 (x, y, z)
(1.5, 2.598076, 4)
直角座標
x 1.5
y 2.5980762114
z 4

什麼是圓柱座標轉直角座標轉換器?

這個工具能把三維空間中以圓柱座標表示的點——徑向距離 \(\rho\)、方位角 \(\theta\) 與高度 \(z\)——換算成我們最常用的直角座標(也就是 x、y、z)。圓柱座標在物理與工程領域應用很廣,特別適合處理具有旋轉對稱性的問題,例如管路、導線與電磁場;而直角座標則是日常最熟悉的 x-y-z 系統。

使用方法

輸入徑向距離 \(\rho\)(也就是該點到 z 軸的距離)、方位角 \(\theta\)(在 xy 平面上、從正 x 軸量起的角度)以及高度 \(z\)。接著選擇 \(\theta\) 是以「角度」還是「弧度」表示,即可立即讀取換算後的 (x, y, z) 數值。所有欄位都接受任意實數,包括負數與零。

公式說明

整個換算其實就是基本的三角函數運算。首先把角度轉成弧度:若選擇角度(degrees),就將 \(\theta\) 乘以 \(\pi/180\)。接著計算 \(x = \rho \cdot \cos\theta\) 與 \(y = \rho \cdot \sin\theta\),把徑向距離拆解成水平方向的兩個分量。高度 \(z\) 則維持不變:\(z = z\)。

$$ x = \rho\cos\theta, \quad y = \rho\sin\theta, \quad z = \text{z} $$

由於公式中只有乘法,永遠不會出現除以零的問題;當 \(\rho = 0\) 時,這個點剛好落在 z 軸上,此時 \(x = y = 0\)。

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xy 平面的俯視圖,顯示以 rho 為斜邊、x 和 y 為直角邊的直角三角形
俯視圖:\(x = \rho\cos\theta\) 與 \(y = \rho\sin\theta\) 在 xy 平面內構成直角三角形。
展示柱座標 rho、theta、z 投影到笛卡兒 x、y、z 軸的示意圖
柱座標 (\(\rho\)、\(\theta\)、\(z\)) 投影到笛卡兒 x、y、z 軸上。

實際範例

假設 \(\rho = 3\)、\(\theta = 60\) 度、\(z = 4\)。先換算角度:\(60 \cdot \pi/180 = 1.0472\) 弧度。再求出 \(\cos(60°) = 0.5\)、\(\sin(60°) = 0.8660254\)。於是 \(x = 3 \cdot 0.5 = 1.5\),\(y = 3 \cdot 0.8660254 = 2.5980762\),而 \(z\) 則維持 4。換算後的直角座標就是 (1.5, 2.5980762, 4)。

常見問題

\(\rho\) 和 \(z\) 要用什麼單位?任何你習慣的長度單位都可以——這個轉換器不限定單位,所以輸入時用什麼單位,算出來的 x、y、z 就是同樣的單位。

角度可以是負數或超過 360 度嗎?可以。三角函數能處理任意角度,因此像 \(-45°\) 或 \(720°\) 這樣的數值都能正確計算。

那要怎麼反過來換算?反向換算(直角座標轉圓柱座標)的公式為:\(\rho = \sqrt{x^2 + y^2}\)、\(\theta = \operatorname{atan2}(y, x)\),而 \(z = z\)。

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