這個計算器能做什麼
本工具只需輸入五種正多面體(柏拉圖立體)任一種的邊長,就能算出四項幾何量:體積、表面積、內接球半徑(能完全塞進立體內部、且與每一面相切的最大球體),以及外接球半徑(能把整個立體包住、且通過每一個頂點的最小球體)。這套數學是放諸四海皆準的——在任何國家算出來的結果都完全相同,且以一般的十進位小數呈現。
五種柏拉圖立體
柏拉圖立體的每一個面都是全等的正多邊形,且在每個頂點以相同的方式相接。這樣的立體恰好只有五種:正四面體(4 個三角形)、正六面體(也就是立方體,6 個正方形)、正八面體(8 個三角形)、正十二面體(12 個五邊形)以及正二十面體(20 個三角形)。
使用方法
先從下拉選單挑選多面體,輸入邊長,再選擇對應的單位(mm、cm、m、in 或 ft)。系統會先在內部把邊長換算成公尺,因此所有結果都以 SI 國際單位呈現:體積為 m³、表面積為 m²,兩個球半徑皆為 m。每一項輸出都是「固定係數 × 邊長的某次方」:體積與 \(a^{3}\) 成正比、表面積與 \(a^{2}\) 成正比,兩個半徑則與 \(a\) 成正比。
公式解析
以正四面體為例,$$V = \frac{\sqrt{2}}{12}\,a^{3} \approx 0.117851\,a^{3}, \quad S = \sqrt{3}\,a^{2} \approx 1.732051\,a^{2},$$ 而 \(r_{in} = \frac{\sqrt{6}}{12}\,a\)、\(r_{out} = \frac{\sqrt{6}}{4}\,a\)。其餘四種立體各自有自己的封閉式係數(其中立方體最單純:\(V = a^{3}\)、\(S = 6a^{2}\)、\(r_{in} = \frac{a}{2}\)、\(r_{out} = \frac{\sqrt{3}}{2}\,a\))。對任何一種立體而言,外接球半徑必定嚴格大於內接球半徑。
實例演算
以邊長 \(a = 2 \text{ m}\) 的立方體為例。體積 $$V = 2^{3} = 8 \text{ m}^{3}.$$ 表面積 $$S = 6 \times 2^{2} = 24 \text{ m}^{2}.$$ 內接球半徑 $$r = \frac{2}{2} = 1 \text{ m}.$$ 外接球半徑 $$R = \frac{\sqrt{3}}{2} \times 2 = \sqrt{3} \approx 1.732051 \text{ m}.$$
常見問題
兩個球半徑有什麼差別?內接球半徑是指從內部恰好與每一面相切的內切球;外接球半徑則是通過所有頂點的球體大小。
可以用英吋或英尺輸入邊長嗎?可以——選擇對應單位後,數值會先換算成公尺再進行計算,因此所有輸出皆為 SI 國際單位。
如果輸入 0 或負值會怎樣?立體必須具有嚴格為正的邊長,所以計算器會把非正值的輸入視為無效並提示錯誤。