什麼是矩形的外接圓?
每個矩形都有一個唯一的圓,恰好通過它的四個頂點,這個圓就稱為外接圓。它的圓心正好位於兩條對角線的交點上,而它的直徑就等於矩形的對角線長度。本計算器只要輸入矩形的兩邊長,就能算出外接圓的半徑、直徑與面積、矩形本身的面積,以及這兩個面積之間的比值。整個運算純屬幾何問題,無論你採用哪一種長度單位,結果都完全一致。
使用方法
請以相同的長度單位輸入兩個邊長 \(a\) 與 \(b\)(公分、英吋、公尺都可以,由你決定)。兩個數值都必須大於零。計算結果會以相同單位呈現:半徑與直徑為長度單位,兩個面積為平方單位,而面積比值則是一個沒有單位的純數。
公式說明
矩形的對角線正是一個直角三角形的斜邊,這個直角三角形的兩股分別為 \(a\) 與 \(b\),因此對角線長度為 \(\sqrt{a^2 + b^2}\)。由於這條對角線就是外接圓的直徑,所以半徑等於它的一半:
$$r = \frac{1}{2}\sqrt{a^2 + b^2}$$直徑為 \(\phi = 2r\),圓面積為 \(S_c = \pi r^2\),矩形面積為 \(S_r = a\cdot b\),而面積比值則為 \(S_c/S_r\)。
範例試算
以 \(a = 4\)、\(b = 3\) 為例:對角線為 \(\sqrt{16 + 9} = \sqrt{25} = 5\),因此 \(r = 2.5\)、\(\phi = 5\)。圓面積為
$$\pi \times 2.5^2 = 19.6350$$矩形面積為 \(12\),比值則為 \(19.6350 / 12 \approx 1.6362\)。
常見問題
是不是每個矩形都有外接圓?是的。由於四個頂點到對角線交點的距離都相等,所以一定有一個圓能同時通過這四個頂點。
那正方形呢?正方形是 \(a = b\) 的特殊矩形,因此 \(r = a/\sqrt{2}\)、\(\phi = a\sqrt{2}\),套用的公式完全相同。
為什麼面積比值永遠大於 1?因為這個圓必須把矩形的四個頂點都包進去,所以圓的面積一定大於矩形面積。比值的最小值是 \(\pi/2 \approx 1.5708\),恰好出現在正方形的情況。