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輸入計算

數學公式

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結果

圓面積 S_c
3.141593
長度單位的平方(n 增大時多邊形面積的極限)
邊數 n 多邊形邊長 a 多邊形面積 S_p
3 1.732051 1.299038
4 1.414214 2
5 1.175571 2.377641
6 1 2.598076
7 0.867767 2.73641
8 0.765367 2.828427
9 0.68404 2.892544
10 0.618034 2.938926
11 0.563465 2.973524
12 0.517638 3

這個計算機的功能

本工具會針對半徑為 r 的圓,計算所有能內接於其中的正多邊形的邊長與面積——從三角形開始,一直到你想要的任意邊數。它會建立一張表格,在你指定的最小值與最大值之間,為每個整數邊數 n 列出一列資料,同時也顯示圓本身的面積,讓你親眼看見多邊形面積如何逐漸逼近圓的面積。

內接於圓的正六邊形,標示半徑、邊長和圓心角
內接於圓的正多邊形:每個頂點都位於半徑為 r 的圓上。

使用方式

輸入圓的半徑 r(單位自選,只要前後一致即可——邊長會以相同單位呈現,面積則為該單位的平方)。接著設定多邊形邊數的範圍:從 n(至少為 3)到 n(不得小於最小值)。為了維持運算速度與表格易讀,最多顯示 200 列。n 越大,多邊形就越貼近圓的輪廓,面積也越接近圓面積。

公式解析

內接正 n 邊形可以切分成 n 個全等的等腰三角形,每個三角形有兩條等於半徑的邊在圓心相交,頂角為 \(\frac{2\pi}{n}\)。多邊形的邊就是三角形的底邊,$$a = 2\,r\cdot\sin\!\left(\frac{\pi}{n}\right)$$(其中半角為 \(\frac{\pi}{n}\))。每個三角形的面積為 \(\frac{1}{2}r^{2}\cdot\sin\!\left(\frac{2\pi}{n}\right)\),因此整個多邊形的面積為 $$S_p = \tfrac{1}{2}\cdot n\cdot r^{2}\cdot\sin\!\left(\frac{2\pi}{n}\right)$$。圓面積則單純為 $$S_c = \pi r^{2}$$。當 \(n \to \infty\) 時,\(S_p \to S_c\)——這正是推導圓面積的經典極限論證。

從多邊形中心引出的單個等腰三角形,展示半角和半邊的推導
n 個三角形之一:半角 π/n 將邊長與半徑聯繫起來。

實例演算

以 r = 1 的正六邊形(n = 6)為例:$$a = 2\cdot 1\cdot\sin\!\left(\frac{\pi}{6}\right) = 2\cdot 0.5 = 1.0$$ $$S_p = \tfrac{1}{2}\cdot 6\cdot 1\cdot\sin(60^\circ) = 3\cdot 0.8660254 = 2.5980762$$ 圓面積為 \(S_c = \pi \approx 3.1415927\),因此正六邊形已經填滿了圓大約 83% 的面積。

常見問題

為什麼 n 至少要等於 3?多邊形最少需要三條邊,少於三條無法圍出任何面積。

應該使用什麼單位?任何單位皆可——半徑會直接套用,不做任何換算。如果 r 以公分為單位,邊長就是公分,面積就是平方公分(cm²)。

為什麼多邊形面積會逼近圓面積?每多加一條邊,多邊形就更貼近圓的形狀,因此當 n 越大時,兩者的面積差距就會越來越趨近於零。

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