什么是矩形的外接圆?
任意一个矩形都有且仅有一个圆能同时经过它的四个顶点,这个圆就叫做外接圆(circumcircle)。它的圆心恰好位于两条对角线的交点上,而它的直径正好等于矩形的对角线长度。本计算器只需输入矩形的两条边长,即可返回外接圆的半径、直径和面积,矩形自身的面积,以及两者的面积比。它是纯几何计算,无论你选用哪种长度单位,结果都完全一致。
使用方法
输入两条边长 \(a\) 和 \(b\),并保持单位一致(厘米、英寸、米都可以,随你选择)。两个数值都必须大于零。计算结果会以相同单位返回:半径和直径为长度单位,两个面积为对应的平方单位,而面积比则是一个没有量纲的纯数值。
公式详解
矩形的对角线是一个直角三角形的斜边,两条直角边分别为 \(a\) 和 \(b\),因此对角线长度为 \(\sqrt{a^2 + b^2}\)。由于这条对角线正是外接圆的直径,所以半径是它的一半:
$$r = \tfrac{1}{2}\sqrt{a^2 + b^2}$$直径为 \(\phi = 2r\),圆面积为 \(S_c = \pi r^2\),矩形面积为 \(S_r = a\cdot b\),面积比则为 \(S_c/S_r\)。
实例演算
设 \(a = 4\)、\(b = 3\):对角线为 \(\sqrt{16 + 9} = \sqrt{25} = 5\),因此 \(r = 2.5\),\(\phi = 5\)。圆面积为
$$\pi \times 2.5^2 = 19.6350$$矩形面积为 \(12\),面积比为 \(19.6350 / 12 \approx 1.6362\)。
常见问题
是不是每个矩形都有外接圆? 是的。由于四个顶点到对角线交点的距离都相等,所以总有唯一一个圆能同时经过这四个顶点。
正方形的情况怎么算? 正方形是 \(a = b\) 的特殊矩形,此时 \(r = a/\sqrt{2}\),\(\phi = a\sqrt{2}\),使用的仍是同一套公式。
为什么面积比总是大于 1? 外接圆必须把矩形的四个顶点都包住,所以它的面积必然大于矩形面积。比值的最小值出现在正方形时,为 \(\pi/2 \approx 1.5708\)。