什麼是橢圓周長計算器?
和圓形不同,橢圓的周長(圓周長)並沒有簡單的封閉公式可以直接套用——它牽涉到第二類完全橢圓積分。本計算器採用著名的拉馬努金近似公式,在絕大多數實際情況下都極為精準,只要輸入橢圓的兩條半軸長度,也就是長半軸 a 與短半軸 b,就能算出周長。
使用方式
請輸入長半軸 a(最長直徑的一半)與短半軸 b(最短直徑的一半),兩者必須使用相同的單位。計算器會回傳近似的周長以及精確的面積。兩個輸入值採用同一種長度單位,計算結果也會以該單位表示。
公式解析
拉馬努金的第二近似公式為:
$$P \approx \pi \left[ 3\left(a + b\right) - \sqrt{\left(3\,a + b\right)\left(a + 3\,b\right)} \right]$$面積則為精確值 \(A = \pi \cdot a \cdot b\)。當 \(a = b\) 時,橢圓會變成半徑為 \(a\) 的圓,公式也會如預期地簡化成 \(P = 2\pi a\)。
範例演算
假設 \(a = 5\)、\(b = 3\)。首先 \(3(a + b) = 3 \times 8 = 24\)。接著 \((3a + b)(a + 3b) = (15 + 3)(5 + 9) = 18 \times 14 = 252\),而 \(\sqrt{252} \approx 15.8745\)。因此 \(P \approx \pi \times (24 - 15.8745) = \pi \times 8.1255 \approx 25.527\) 單位。面積為 \(\pi \times 5 \times 3 \approx 47.124\) 平方單位。
常見問題
拉馬努金近似公式的準確度如何?對大多數橢圓而言,相對誤差極小——通常低於 0.001%。只有在極度狹長(離心率非常高)的橢圓上,精準度才會略微下降。
如果 a 等於 b 會怎樣?此時橢圓即為圓形,公式會給出精確的圓周長 \(2\pi a\)。
哪一條才是長半軸、哪一條是短半軸?長半軸是較長直徑的一半,短半軸則是較短直徑的一半。由於公式對 a 和 b 是對稱的,輸入順序並不會影響計算結果。