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输入计算

数学公式

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结果

体积(国际单位制)
0.117851
cubic metres (m³)
表面积 1.732051 m²
内接球半径 0.204124 m
外接球半径 0.612372 m

这个计算器能做什么

本工具只需输入五种正多面体(柏拉图立体)中任意一种的棱长,即可得出四个几何量:体积表面积内接球的半径(能完全容纳于立体内部、与每个面都相切的最大球体)以及外接球的半径(能把立体整个包住、并穿过所有顶点的最小球体)。这些公式具有普适性——无论在哪个国家结果都完全一致,输出均采用普通的十进制小数。

五种柏拉图立体

柏拉图立体的各个面都是全等的正多边形,且在每个顶点处以相同方式相交。这样的立体恰好只有五种:正四面体(4 个三角形面)、正六面体即立方体(6 个正方形面)、正八面体(8 个三角形面)、正十二面体(12 个五边形面)以及正二十面体(20 个三角形面)。

一排五种柏拉图立体:正四面体、正方体、正八面体、正十二面体、正二十面体
五种柏拉图立体,按面数排列。

使用方法

先从下拉菜单中选择多面体类型,再输入棱长,并选择对应单位(毫米、厘米、米、英寸或英尺)。系统会在内部把棱长统一换算为米,因此所有结果均以国际单位制(SI)给出:体积单位为 m³,表面积单位为 m²,两个球半径单位均为 m。每个结果都是一个固定系数乘以棱长的某次幂:体积与 \(a^{3}\) 成正比,表面积与 \(a^{2}\) 成正比,两个半径都与 \(a\) 成正比。

公式详解

以正四面体为例:

$$V = \frac{\sqrt{2}}{12}\,a^{3} \approx 0.117851\,a^{3}, \quad S = \sqrt{3}\,a^{2} \approx 1.732051\,a^{2}$$$$r_{\text{in}} = \frac{\sqrt{6}}{12}\,a, \quad r_{\text{out}} = \frac{\sqrt{6}}{4}\,a$$

其余四种立体各有自己的闭式系数(其中立方体最简单:\(V = a^{3}\),\(S = 6a^{2}\),\(r_{\text{in}} = a/2\),\(r_{\text{out}} = \frac{\sqrt{3}}{2}a\))。对于每一种立体,外接球半径都严格大于内接球半径。

带内切球和外接球的正四面体,标示棱 a、内切半径 r 和外接半径 R
棱长 \(a\)、内切球半径 \(r\)(与各面相切)和外接球半径 \(R\)(过各顶点)。

计算示例

取一个棱长 \(a = 2 \text{ m}\) 的立方体。体积 $$V = 2^{3} = 8 \text{ m}^{3}.$$ 表面积 $$S = 6 \times 2^{2} = 24 \text{ m}^{2}.$$ 内接球半径 $$r_{\text{in}} = \frac{2}{2} = 1 \text{ m}.$$ 外接球半径 $$r_{\text{out}} = \frac{\sqrt{3}}{2} \times 2 = \sqrt{3} \approx 1.732051 \text{ m}.$$

常见问题

两个球半径有什么区别?内接球半径对应的是从内部恰好与每个面相切的内切球;外接球半径对应的则是穿过所有顶点的球体。

可以用英寸或英尺输入棱长吗?可以——只要选择对应单位,系统会先把数值换算为米再进行计算,因此所有结果都是国际单位制。

如果输入 0 或负数会怎样?立体必须有严格为正的棱长,因此计算器会把非正数的输入判定为无效。

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