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圆形计算器

输入圆的半径、直径、周长或面积中的任一项,即可求出其余三项——以 π 表示精确值,并附有小数结果和每一步计算。再添加圆心角,即可求出弧长、扇形面积、弦长、弓形面积和弓形高,并附有带标注的图形。免费,无需注册;全部计算都在您的浏览器中完成。

可输入整数、小数以及 3/4 之类的分数。周长和面积可以写成 π 的倍数,如 10π,以保持结果精确。

结果

测量项精确值小数
半径 (r)5 cm5 cm
直径 (d)10 cm10 cm
周长 (C)10π cm31.42 cm
面积 (A)25π cm²78.54 cm²

计算过程

d = 2r = 2 × 5 = 10

C = 2πr = 2 × π × 5 = 10π

A = πr² = π × 5² = 25π

弧长、扇形、弦长与弓形

以下计算使用上方求得的半径。

测量项精确值小数
弧长 (s)5π/3 cm5.24 cm
扇形面积25π/6 cm²13.09 cm²
弦长 (c)5 cm5 cm
弓形面积25π/6 − 25√3/4 cm²2.26 cm²
弓形高 (矢高)5 − 5√3/2 cm0.67 cm
扇形周长10 + 5π/3 cm15.24 cm
弓形周长5 + 5π/3 cm10.24 cm

圆心角的计算过程

θ = 60° = π/3 rad

s = r × θ = 5 × (π/3) = 5π/3

Sector = ½ × r² × θ = ½ × 5² × (π/3) = 25π/6

Chord = 2 × r × sin(θ / 2) = 2 × 5 × sin(30°) = 2 × 5 × 1/2 = 5

Segment = ½ × r² × (θ − sin θ) = ½ × 5² × (π/3 − √3/2) = 25π/6 − 25√3/4

Sagitta = r × (1 − cos(θ / 2)) = 5 − 5√3/2

图形

半径为 5 cm、圆心角为 60° 的圆,及其扇形、弦与弓形rθscr = 5 cmθ = 60°s = 5.24 cmc = 5 cm

如何使用圆形计算器

  1. 1. 说明已知量。 选择半径、直径、周长或面积,并输入其数值。整数、小数以及 3/4 之类的分数都会被精确读取。
  2. 2. 用 π 保持精确。 周长或面积可以输入为 π 的倍数,如 10π 或 25π,此时半径会是一个简洁的数。若输入普通数字,周长为 10 时得出的是 r = 5/π。
  3. 3. 阅读四项测量值。 半径、直径、周长和面积以精确形式给出,并附有按您所选位数取整的小数;下方列出计算过程。
  4. 4. 添加圆心角。 可以度为单位输入,也可以输入 π 的倍数表示的弧度,如 pi/3。随后给出弧长、扇形、弦长、弓形和矢高,并绘制在带标注的圆上。

圆的公式

求解项公式说明
直径d = 2r半径的两倍
周长C = 2πr = πd绕圆一周的距离
面积A = πr²圆内所覆盖的面积
由周长求半径r = C / (2π)由 C = 2πr 变形而来
由面积求半径r = √(A / π)由 A = πr² 变形而来
由周长求面积A = C² / (4π)代入 r = C / (2π)

数 π 是任一圆的周长与直径之比,约为 3.14159。它是无理数,因此大多数圆的问题,精确答案都写作含 π 的形式——如 25π,而不是 78.5398……——并且只在最后才取近似值。

弧长、扇形、弦长与弓形

圆心角 θ 把圆分割成若干部分。以弧度度量 θ(180° = π 弧度)时,公式最为简洁。

部分公式含义
弧长s = r × θ两条半径之间的弧形边
扇形面积½ × r² × θ从圆心到弧的扇形切片
弦长c = 2r × sin(θ / 2)连接弧两端的直线
弓形面积½ × r² × (θ − sin θ)弦与弧之间的区域
矢高h = r × (1 − cos(θ / 2))弓形的高

弓形等于扇形减去由两条半径和弦构成的三角形,该三角形的面积为 ½r² sin θ——θ − sin θ 即由此而来。当 θ 大于 180° 时,公式依然成立:此时的“弓形”是较大的那一块,其矢高会超过半径。

示例

  1. 由半径求出。 r = 5 得 d = 10,C = 10π ≈ 31.42,A = 25π ≈ 78.54。
  2. 由周长求出。 C = 10 得 r = 10 / (2π) = 5/π ≈ 1.59,A = C² / (4π) = 25/π ≈ 7.96。若输入为 10π,同一个圆的 r = 5。
  3. 半径为 3 的 60° 扇形。 θ = π/3,因此弧长为 π ≈ 3.14,扇形面积为 3π/2 ≈ 4.71,弦长为 2 × 3 × sin 30° = 3——与半径相等,因为这个三角形是等边三角形。
  4. 它的弓形。 弓形面积 = ½ × 9 × (π/3 − √3/2) = 3π/2 − 9√3/4 ≈ 0.82,矢高为 3 − 3√3/2 ≈ 0.40。

只有当 sin(θ/2) 和 sin θ 有闭合形式时,弦和弓形才会以精确形式出现,也就是说,对应于 30° 与 15° 的倍数的角度。对于其他角度,例如 50°,弧长和扇形仍是精确值,但弦和弓形以小数给出。

常见错误

  • 在需要半径的公式中使用直径:应为 A = πr²,而不是 πd²。
  • 在 s = rθ 或 ½r²θ 中直接用度数计算,而这些公式需要弧度;计算器会替您换算。
  • 把扇形(一直延伸到圆心的切片)与弓形(由弦切下的弓状部分)混淆。
  • 过早把 π 取为 3.14:精确答案 25π 与小数 78.54 相差约 0.04。

常见问题

如何由周长求圆的面积?
先求半径 r = C / (2π),再用 A = πr²。把两者合并即得 A = C² / (4π)。周长为 10 时,面积为 100 / (4π) = 25/π,约为 7.96。
半径与直径有什么区别?
半径从圆心延伸到圆周;直径穿过圆心贯穿整个圆,因此 d = 2r。面积公式使用半径,而 C = πd 使用直径。
如何求圆弧的弧长?
把半径乘以以弧度表示的圆心角:s = rθ。若角度以度给出,则取其占整圆的比例:s = (θ / 360°) × 2πr。半径为 3 的 60° 圆弧长为 π。
扇形与弓形有什么区别?
扇形是由两条半径和圆弧围成的切片,就像一块披萨。弓形是弦与它所切下的圆弧之间的区域。弓形等于扇形减去由两条半径和弦构成的三角形。
如何求弦的长度?
c = 2r × sin(θ / 2),其中 θ 为圆心角。若已知弦到圆心的距离 d,则由勾股定理得 c = 2√(r² − d²)。圆心角为 180° 的弦就是直径。
什么是弓形的矢高?
矢高是弓形的高:从弦的中点到弧的中点的距离,h = r × (1 − cos(θ / 2))。它就是拱门或透镜的“隆起”部分。
为什么计算器显示 π,而不是小数?
因为 π 是无理数,任何小数都只是近似值,而且小数还会掩盖答案的结构。写成 25π 可以保持结果精确,便于后续计算;需要用一个数来度量时,旁边也会显示小数。

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