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输入计算

数学公式

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结果

圆面积 S_c
3.141593
长度单位的平方(n 增大时多边形面积的极限)
边数 n 多边形边长 a 多边形面积 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

这个计算器能做什么

对于半径为 \(r\) 的圆,本工具可以计算每一个能内接于该圆的正多边形的边长和面积——从三角形开始,一直到任意多的边数。它会生成一张表格,在你设定的最小与最大边数之间,每一个整数边数 \(n\) 对应一行;同时还会给出圆本身的面积,让你清楚地看到多边形面积如何逐步逼近圆面积。

内接于圆的正六边形,标示半径、边长和圆心角
内接于圆的正多边形:每个顶点都位于半径为 r 的圆上。

使用方法

填入圆的半径 \(r\)(可使用任意单位,只要前后一致——边长会以该单位输出,面积则以该单位的平方表示)。设定多边形边数的范围:起始 n(至少为 3)到 终止 n(不小于起始值)。为保证速度与可读性,表格最多显示 200 行。\(n\) 越大,多边形就越贴合圆,面积也越接近圆面积。

公式详解

一个内接正 n 边形可以拆分成 \(n\) 个全等的等腰三角形。每个三角形有两条长度等于半径的边,在圆心处相交,顶角为 \(2\pi/n\)。多边形的边即为三角形的底边:

$$a = 2\,r\cdot\sin\!\left(\frac{\pi}{n}\right)$$

(这里用到半角 \(\pi/n\))。每个三角形的面积为 \(\tfrac{1}{2}\,r^{2}\cdot\sin(2\pi/n)\),因此整个多边形的面积为

$$S_p = \tfrac{1}{2}\cdot n\cdot r^{2}\cdot\sin\!\left(\frac{2\pi}{n}\right)$$

圆的面积则很简单:

$$S_c = \pi r^{2}$$

当 \(n \rightarrow \infty\) 时,\(S_p \rightarrow S_c\)——这正是推导圆面积的经典极限思想。

从多边形中心引出的单个等腰三角形,展示半角和半边的推导
n 个三角形之一:半角 π/n 将边长与半径联系起来。

实例演算

取 \(r = 1\),正六边形(\(n = 6\)):

$$a = 2\cdot 1\cdot\sin\!\left(\frac{\pi}{6}\right) = 2\cdot 0.5 = 1.0$$$$S_p = \tfrac{1}{2}\cdot 6\cdot 1\cdot\sin(60^\circ) = 3\cdot 0.8660254 = 2.5980762$$

圆面积为 \(S_c = \pi \approx 3.1415927\),可见此时六边形已经填满了圆约 83% 的面积。

常见问题

为什么 n 至少要为 3?多边形至少需要三条边,少于三条无法围成一块面积。

应该使用什么单位?任意单位均可——半径会被直接代入计算,无需换算。如果 r 以厘米为单位,那么边长就是厘米,面积则是平方厘米。

为什么多边形面积会逼近圆面积?每多一条边,多边形就更接近圆,因此当 n 很大时,两者的面积差会越来越小,趋向于零。

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