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輸入計算

數學公式

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結果

極坐標 (r, θ)
5, 53.1301°
r=半徑,θ=角度
半徑 (r) 5
角度 θ(度數) 53.130102°
角度 θ(弧度) 0.927295

什麼是直角坐標轉極坐標?

平面上的任何一個點,都可以用兩種方式來描述。在直角坐標(笛卡兒坐標)系統中,一個點是用水平與垂直方向的距離來表示,寫作 \((x,\ y)\)。而在極坐標系統中,同一個點則是用它到原點的距離 \(r\),以及它與 x 軸正方向所夾的角度 \(\theta\) 來表示。這個計算機能把一組直角坐標 \((x,\ y)\) 換算成對應的極坐標 \((r,\ \theta)\),並同時以度數與弧度顯示角度 \(\theta\)。

在平面上以直角座標和極座標表示的點
用直角座標 \((x,\ y)\) 和極座標 \((r,\ \theta)\) 描述的點 P。

如何使用這個計算機

輸入該點的 x 坐標與 y 坐標,按下計算,工具就會回傳半徑 \(r\) 與角度 \(\theta\)。負數完全支援,角度則是用 atan2 函數計算,因此結果會落在正確的象限(介於 −180° 與 180° 之間)。

公式說明

半徑直接由畢氏定理求得,因為 x 與 y 是直角三角形的兩股,而 r 就是斜邊:

$$r = \sqrt{x^{2} + y^{2}}$$

角度則使用雙參數反正切函數 $$\theta = \operatorname{atan2}(y,\ x)$$ 和單純的 \(\arctan(y/x)\) 不同,atan2 會同時檢查 x 與 y 的正負號,因此能正確區分例如第二象限與第四象限的差異。若要把弧度換成度數,只要乘上 \(180/\pi\) 即可。

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展示 x、y、r 與角 theta 關係的直角三角形
此轉換構成一個直角三角形:\(r\) 是斜邊,\(\theta\) 是原點處的角。

實例演算

以點 \((3,\ 4)\) 為例。半徑為 $$\sqrt{3^{2} + 4^{2}} = \sqrt{9 + 16} = \sqrt{25} = 5$$ 角度為 \(\operatorname{atan2}(4,\ 3) \approx 0.9273\) 弧度,約等於 53.13°。因此 \((3,\ 4)\) 換算成極坐標後,大約是 \((5,\ 53.13°)\)。

常見問題

為什麼要用 atan2 而不是 arctan?單純的 \(\arctan(y/x)\) 會遺失象限資訊,而且當 \(x = 0\) 時還會發生除以零的問題。atan2 則能正確處理全部四個象限以及坐標軸上的情況。

角度的範圍是多少?本工具回傳的 \(\theta\) 介於 \((-180°,\ 180°]\)。若想取得 0–360° 的數值,只要在任何負的結果上加 360° 即可。

如果 x 與 y 都是 0 會怎樣?此時半徑為 0,角度則無法定義;依照慣例,計算機會回傳 0°。

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