什么是体育场形?
在几何学中,体育场形(stadium)是一种平面图形:由一个矩形加上分别贴在两端的两个半圆构成。若半圆的半径为 \(r\),则矩形长 \(a\)、宽 \(2r\)(宽度恰好等于直径)。两端的半圆合在一起,正好拼成一个半径为 \(r\) 的完整圆。这个名字来源于田径跑道和运动场——它们都呈现出这种"圆角矩形"的轮廓。
如何使用本计算器
先在选择计算方式下拉菜单中,根据你已知的两个量挑选对应的计算模式。填入这两个数值,按需调整 π 的取值或显示单位,再选择结果保留的有效数字位数,计算器就会给出体育场形的全部四个关键参数:半径 \(r\)、直边长 \(a\)、周长 \(P\) 和面积 \(A\)。请注意,你选择的单位仅用于显示——它只会附加在结果后面(面积会自动带上平方单位),并不会触发任何换算,所以请务必让所有输入使用同一种单位。
计算公式
周长等于两条直边加上两个半圆合成的整圆周长:$$P = 2a + 2\pi r$$面积等于矩形加上两个半圆拼成的整圆:$$A = 2ar + \pi r^2$$每一种计算模式不过是上述公式的代数变形:已知 \(r\) 和 \(A\),则 \(a = (A - \pi r^2) / (2r)\);已知 \(r\) 和 \(P\),则 \(a = (P - 2\pi r) / 2\);已知 \(a\) 和 \(P\),则 \(r = (P - 2a) / (2\pi)\)。
计算示例
设 \(r = 5\)、\(a = 10\),取 \(\pi = 3.14159265\)。则 $$P = 2(10) + 2\pi(5) = 20 + 31.4159 = 51.4159$$ $$A = 2(10)(5) + \pi(5)^2 = 100 + 78.5398 = 178.540$$反向验证:由 \(r = 5\) 和 \(P = 51.4159\) 可得 \(a = (51.4159 - 31.4159) / 2 = 10\),得到的面积同样为 \(178.540\),结果一致。
常见问题
为什么半径必须大于零?如果半径为零,两端的弧形端帽就消失了,而且公式 \(a = (A - \pi r^2) / (2r)\) 会出现除以零的情况,此时图形也就不再是体育场形了。
如果我的面积或周长太小怎么办?在面积模式下,必须满足 \(A \ge \pi r^2\);在周长模式下,必须满足 \(P \ge 2\pi r\)(或 \(P \ge 2a\))。否则推算出的直边长或半径会变成负数,计算器会将该输入标记为无效。
我可以修改 π 的取值吗?可以。"设 π ="一栏允许你自定义这个常数,这在教科书习题指定使用某个近似值(例如 3.14)时尤其有用。