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輸入計算

數學公式

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結果

體積(SI 國際單位)
0.117851
cubic metres (m³)
表面積 1.732051 m²
內接球半徑 0.204124 m
外接球半徑 0.612372 m

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)。

一排五種柏拉圖立體:正四面體、正方體、正八面體、正十二面體、正二十面體
五種柏拉圖立體,依面數排列。

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。

帶內切球和外接球的正四面體,標示稜 a、內切半徑 r 和外接半徑 R
稜長 a、內切球半徑 r(與各面相切)和外接球半徑 R(過各頂點)。

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。

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