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輸入計算

數學公式

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  1. Star Perimeter

    Star Perimeter: 星形計算機

    Perimeter sums all 2n edges; each edge runs from an outer point to an adjacent inner vertex.

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結果

星形多邊形面積
146.95
平方單位
角數 5
邊長 6.6407
周長 66.41

什麼是星形計算機?

星形多邊形(例如常見的五角星、六角的大衛之星等等)是由位於大圓上的 n 個外頂點(半徑為 R),以及位於小圓上的 n 個內頂點(半徑為 r)所構成。只要輸入三個數值,這款計算機就能算出星形所圍出的面積、每一條邊的長度,以及整體的周長

使用方式

輸入角數 \(n\)(3 或以上)、外接半徑 \(R\)(圓心到星形尖端的距離),以及內接半徑 \(r\)(圓心到兩個尖角之間凹處的距離)。計算機會立即回傳以平方單位表示的面積、單一斜邊的長度,以及周長(星形共有 \(2n\) 條邊)。

公式說明

星形可以切分成 \(2n\) 個完全相同的三角形,每個三角形的半角為 \(\frac{\pi}{n}\),兩邊長分別為 \(R\) 與 \(r\)。每個三角形的面積為 \(\frac{1}{2}\cdot R\cdot r\cdot\sin\!\left(\frac{\pi}{n}\right)\),共有 \(2n\) 個,整理後可得到簡潔的結果:

$$A = n \cdot r \cdot R \cdot \sin\!\left(\frac{\pi}{n}\right)$$

連接半徑 \(R\) 的外尖端與相鄰半徑 \(r\) 的內頂點(兩者相差角度 \(\frac{\pi}{n}\))的那一條邊,長度為 $$e = \sqrt{\left(R - r\cos\tfrac{\pi}{n}\right)^{2} + \left(r\sin\tfrac{\pi}{n}\right)^{2}}$$而周長即為 \(2n\cdot e\)。

星形被分成從中心向外輻射的2n個相同三角形,每個三角形橫跨外半徑和內半徑
星形的面積等於2n個全等三角形,化簡為 \(A = n\cdot r\cdot R\cdot\sin\!\left(\frac{\pi}{n}\right)\)。
五角星形多邊形,外半徑R從中心到尖端,內半徑r從中心到內頂點
由外半徑R(到尖端)和內半徑r(到內凹處)定義的星形多邊形,共有n個角。

實例演算

以經典的五角星為例,設 \(R = 10\)、\(r = 5\):$$A = 5 \cdot 5 \cdot 10 \cdot \sin(36°) = 250 \cdot 0.587785 \approx 146.95$$平方單位。邊長為 $$\sqrt{(10 - 5\cdot\cos 36°)^{2} + (5\cdot\sin 36°)^{2}} = \sqrt{(10 - 4.0451)^{2} + (2.9389)^{2}} \approx \sqrt{35.46 + 8.64} \approx 6.6408$$因此周長為 \(10 \cdot 6.6408 \approx 66.41\)。

常見問題

任何角數都適用嗎? 是的——只要輸入任何 \(n \geq 3\) 的數值即可。當 \(n = 3\) 時,會得到一個三角星。

如果 R 與 r 相等會怎樣? 此時星形會變成一個正 \(2n\) 邊形(沒有凹進去的尖角),但面積公式依然成立。

使用什麼單位? 任何一致的單位皆可。若 \(R\) 與 \(r\) 以公分為單位,則面積為平方公分、周長為公分。

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