圆弧长计算器
根据半径、直径或角度,即时求出任意圆的弧长。
原始曲线与选定弧段
金色圆点标出每个子区间的中点。
被积函数 g(x) 与中点矩形
将鼠标悬停在矩形上,可查看其子区间、中点、被积函数值和贡献。
详细中点计算表
收敛性比较
相邻两次细化之间的差值是实用的误差指示,不是保证的误差界。
计算错误
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如何使用圆弧长计算器
圆弧长计算器可以测量圆上任意一段的曲线距离,从一小段弧到完整的周长。它接受六种不同的起始测量值,因此您可以使用手头已有的任意数值。按照以下步骤,不到一分钟即可得到正确答案。
- 选择输入方式。选择半径、直径、整圆周长、弦长、整圆面积或扇形面积。输入框、标签和单位列表会随您选择的方式而变化。
- 输入测量值。在输入框中输入数值。如果输入面积,请使用平方单位列表(mm²、cm²、m²、km²、in²、ft²、yd²)。
- 输入圆心角。使用 DEG/RAD 切换按钮以度数或弧度输入角度,或将角度滑块从 0° 拖到 360°。实时图形和结果会随拖动而更新。
- 如果需要,设置起始角和结束角。默认的扫掠从 0° 开始,沿逆时针方向进行。更改起始角、结束角或方向,可以测量圆上任意位置的弧。决定弧长的是扫掠范围,而不是位置。
- 选择输入单位和输出单位。计算器会把输入换算为统一的内部单位进行计算,再把答案换算为您选择的输出单位。数值随单位而变,长度本身不变。
- 选择精度。选择 2、4、6 或 8 位小数,默认 4 位。计算器内部始终使用全精度的 π,只对显示结果进行四舍五入。
- 点击“立即计算”。主要结果是所选弧的长度,并标明其分类:零长度弧、劣弧、半圆、优弧或整圆。在它下方,您会看到半径、直径、完整周长、互补弧、弦长、扇形面积、弓形面积、弧占周长的百分比、两种角度形式以及弧弦比。
- 探索图形。实时圆图会画出完整圆,以金色高亮所选弧,并标出圆心 O、半径线、弦和端点。使用开关可以显示或隐藏半径、直径、弦、圆心点、角度标记以及劣弧和优弧。
- 复制、打印或重置。使用“复制结果”把答案放到剪贴板,“打印摘要”生成一份简单报告,或使用“重置”清空面板。预设按钮可以即时加载经过验证的例题。
试一个例题。半径 5、角度 60° 时,弧长为 5.2359877560 个单位。半径 8、角度 90° 时为 12.5663706144 个单位。半径 4、角度 270° 时,优弧为 18.8495559215 个单位。直径 14、角度 120° 时为 14.6607657168 个单位。半径 10、角度 180° 时,半圆弧为 31.4159265359 个单位;半径 6、角度 360° 时为完整周长 37.6991118431 个单位。
重要提示。保持角度单位一致:60° 与 1.0471975512 弧度是同一个角,但 60 弧度不是 60°。弧长只是弯曲的距离;弦是另一种测量值,而且总是更短,零长度弧除外。如果输入直径,计算器会先把它除以二求出半径。零或负的测量值不是有效的圆,因此计算器会拒绝它,而不是给出误导性的答案。
什么是圆的弧长?
圆是到定点(圆心 O)距离固定(即半径)的所有点的集合。弧是圆上两点之间连续的一段。弧长是沿着曲线从一个端点走到另一个端点、始终不离开圆的距离。
想象一条环形跑道。弧长就是沿跑道、两个入口之间的距离。同一对入口之间穿过内场的直线是弦,它更短。这个区别很重要:跑步者沿着曲线跑,所以起作用的是弯曲的距离。
每个圆都有相同的组成部分,只是按半径缩放。圆心 O 是定点。半径 r 从 O 到圆上任意一点。直径 d 穿过 O 从圆的一侧到另一侧,始终是半径的两倍。周长 C 是绕圆一周的距离,C = 2πr。圆心角 θ 是 O 点处、指向弧两端点的两条半径之间的夹角,它决定弧占周长的比例。
圆上两点总会产生两条弧:较短的一条是劣弧,较长的一条是优弧。两者合起来就是完整的周长。您需要哪一条取决于具体问题,计算器会同时显示两者,所以您不必猜测。
弧长是一维测量值,是长度,因此用 cm、m 或英寸等普通单位表示。它不是面积,也不是角度。把这三个量区分开,是算对每个圆计算的第一步。
圆弧长公式
圆的弧长直接来自整圆的周长。完整圆的周长是:
圆心角表示完整 360° 旋转的一部分。圆心角为 θ 的弧占整个圆的 θ / 360,因此:
化简后得到度数形式的公式:
当角度以弧度度量时,公式还要简单,因为弧度本身就是由半径定义的:
公式中每个符号都有确切的含义:
| 符号 | 含义 | 说明 |
|---|---|---|
| L | 弧长 | 沿弧线的弯曲距离 |
| r | 半径 | 从圆心到弧线的距离 |
| d | 直径 | d = 2r,圆的整个宽度 |
| θ | 圆心角 | 以度数(0° 至 360°)或弧度(0 至 2π)表示 |
| π | 圆周率 | 3.141592653589793,圆的常数 |
| C | 周长 | C = 2πr,整圆的弧长 |
两种形式给出相同的答案。角度以度数给出时用 L = πrθ / 180,以弧度给出时用 L = rθ。计算器会先把度数换算成弧度,再用 L = rθ 在内部计算,这就是两种模式始终一致的原因。
用直径代替半径可以得到同一公式的另一种形式。因为 d = 2r,所以 r = d / 2,代入后得到弧度形式的 L = dθ / 2,或度数形式的 L = πdθ / 360。
如何用半径计算弧长
半径加圆心角是求弧长最直接的方法。下面的例题使用半径 5 个单位、圆心角 60°。
- 确定半径。r = 5 个单位。
- 确定圆心角。θ = 60°。
- 把度数换算成弧度。θ = 60 × π / 180 = π / 3 = 1.0471975512 弧度。
- 写出弧长公式。L = rθ。
- 代入数值。L = 5 × π / 3。
- 计算。L = 5.2359877560 个单位。
- 按需要四舍五入。保留两位小数时,L = 5.24 个单位。
同样的步骤适用于任意半径和角度。半径 8 个单位、角度 90° 时,L = 8 × π / 2 = 12.5663706144 个单位。半径 3 个单位、角度 60° 时,L = 3 × π / 3 = 3.1415926536 个单位。半径 1 个单位、角度 60° 时,L = 1.0471975512 个单位,正好等于 π / 3,是一个有用的检验:当 r = 1 时,弧长等于以弧度表示的角度。
四舍五入规则。只在最后一步四舍五入。如果先把 π 换成 3.14 再相乘,半径 5、角度 60° 会得到 5.2333333333,而不是 5.2359877560,误差为 0.0026544227。这个误差会随半径增大而增大,因此在整个计算中保持全精度,最后再对显示结果四舍五入。
如何用直径计算弧长
当已知的是直径而不是半径时,先把它除以二,再用同样的公式。下面的例题使用直径 14 个单位、圆心角 120°。
- 确定直径。d = 14 个单位。
- 求出半径。r = d / 2 = 14 / 2 = 7 个单位。
- 确定圆心角。θ = 120° = 2π / 3 = 2.0943951024 弧度。
- 写出公式。L = rθ,或直接用 L = πdθ / 360。
- 代入。L = 7 × 2.0943951024,或 L = π × 14 × 120 / 360。
- 计算。L = 14.6607657168 个单位。
- 按需要四舍五入。保留两位小数时,L = 14.66 个单位。
两条路线的结果完全一致,这是一个很好的自检方法。半径路线得到 7 × 2.0943951024 = 14.6607657168。直径路线得到 π × 14 × 120 / 360 = 14.6607657168。如果两者不一致,说明直径没有正确地除以二。
另一个例子:直径 20 个单位、角度 180° 时,r = 10 个单位,因此 L = π × 10 = 31.4159265359 个单位,即半圆弧。直径 10 个单位、角度 60° 时,r = 5 个单位,因此 L = 5.2359877560 个单位。这个计算中最常见的错误是忘记除以二,把直径当作半径使用,这样答案会翻倍。对于 d = 14,这个错误会得到 29.3215314336,而不是 14.6607657168。
测量提示。在现实生活中,直径往往比半径更容易测量,因为可以直接横穿圆进行测量。这就是计算器直接接受直径输入的原因:横着量,输入数值,计算器会为您除以二。
如何用度数计算弧长
度数是角度的日常单位。一个完整的圆包含 360°,因此以度数表示的圆心角直接告诉您弧占整圆的几分之几。90° 的角占圆的四分之一,180° 占一半,270° 占四分之三。
度数公式是 L = πrθ / 180,其中 θ 以度数表示。它来自分数的思想:θ / 360 乘以周长 2πr,再化简。
例题。半径 8 个单位,角度 90°。
- 确定数值。r = 8 个单位,θ = 90°。
- 求出弧占圆的比例。90 / 360 = 1 / 4,即四分之一圆。
- 写出公式。L = πrθ / 180。
- 代入。L = π × 8 × 90 / 180 = π × 8 / 2。
- 计算。L = 12.5663706144 个单位。
- 对照周长检验。完整周长是 2π × 8 = 50.2654824574 个单位,它的四分之一是 50.2654824574 / 4 = 12.5663706144 个单位。两者一致。
半径为 5 个单位时的更多度数例子:30° 得到 L = 2.6179938780 个单位,45° 得到 L = 3.9269908170 个单位,120° 得到 L = 10.4719755120 个单位,270° 得到 L = 23.5619449019 个单位。注意,同一半径下角度翻倍,弧长也翻倍,因为弧长与圆心角成正比。
常见的度数错误。把度数值不经换算直接代入 L = rθ,会得到严重错误的答案。对于 r = 5 和 60°,不经换算的计算得到 5 × 60 = 300,而正确答案是 5.2359877560。公式 L = rθ 需要弧度,因此要么先换算,要么使用度数形式 L = πrθ / 180。
如何用弧度计算弧长
当弧长等于半径时,您得到的角就是 1 弧度:如果把一根与半径等长的绳子沿着圆绕起来,它在圆心处张开的角正是这个角。一个完整的圆包含 2π 弧度,约 6.2831853072 弧度,因为完整周长是 2πr,除以 r 后剩下 2π。
弧度公式是 L = rθ,是最简单的弧长公式。它里面没有 π,因为 π 已经包含在角度的弧度度量中。
例题。半径 5 个单位,角度 π / 3 弧度(即 60°)。
- 确定数值。r = 5 个单位,θ = π / 3 = 1.0471975512 弧度。
- 写出公式。L = rθ。
- 代入。L = 5 × 1.0471975512。
- 计算。L = 5.2359877560 个单位。
- 对照度数检验。π / 3 弧度是 60°,度数公式得到 L = π × 5 × 60 / 180 = 5.2359877560 个单位。两者完全一致。
更多弧度例子:半径 4 个单位、θ = π / 2 弧度时,L = 4 × 1.5707963268 = 6.2831853072 个单位。半径 6 个单位、θ = π / 4 弧度时,L = 6 × 0.7853981634 = 4.7123889804 个单位。半径 10 个单位、θ = π 弧度时,L = 10 × 3.1415926536 = 31.4159265359 个单位,即半圆弧。
为什么数学中更喜欢弧度。弧长的微积分公式,以及本页的弦、扇形和弓形面积公式,都使用弧度。度数适合日常测量,但弧度让数学变得简洁,这就是计算器在计算前把每个角度都换算成弧度的原因。
劣弧与优弧
圆上两点把圆分成两条弧。较短的一条是劣弧,较长的一条是优弧。它们共享同一对端点,合起来就是完整的周长。
圆心角决定哪条是哪条。圆心角小于 180° 时得到劣弧,大于 180° 时得到优弧。正好 180° 时得到半圆,既不是劣弧也不是优弧:两条弧相等。
| 圆心角 | 弧的类型 | 弧长 |
|---|---|---|
| 0° | 零长度弧 | L = 0 |
| 0° 至 180° 之间 | 劣弧 | L = rθ |
| 180° | 半圆 | L = πr |
| 180° 至 360° 之间 | 优弧 | L = rθ |
| 360° | 整圆 | L = 2πr |
劣弧与优弧互补。对于较小的圆心角 θ,劣弧是 Lminor = rθ,优弧是 Lmajor = r(2π - θ)。它们的和始终是完整的周长:
例题。半径 5 个单位,较小角度 60°。劣弧是 L = 5 × π / 3 = 5.2359877560 个单位。优弧使用优角 360° - 60° = 300°,因此 L = 5 × 5.2359877560 = 26.1799387799 个单位。两者之和是 5.2359877560 + 26.1799387799 = 31.4159265359 个单位,正好是周长 2π × 5。劣弧占圆的 16.67%,优弧占 83.33%。
另一个例子。半径 4 个单位,角度 270°。这已经是优弧:L = 4 × 3π / 2 = 18.8495559215 个单位。它互补的劣弧使用 90°:L = 4 × π / 2 = 6.2831853072 个单位。两者之和是 25.1327412287 个单位,即完整周长 2π × 4。
不要混淆这两个角。最常见的劣弧/优弧错误,是在题目要求优弧时用了较小的角,或反过来。请始终确认给定的角是较小的角还是优角,并记住计算器会把两条弧并排显示,方便您选择题目需要的那一条。
弧长与弦长的区别
弧长和弦长连接圆上同一对点,但走的路径不同。弧沿着曲线走,弦直线穿过。弧几乎总是更长。
公式清楚地显示了区别:
弦取决于半角的正弦值,它的增长比角度本身慢,因此随着角度增大,弧与弦之间的差距会拉大。
| 角度 | 弧长(r = 5) | 弦长(r = 5) | 弧长/弦长比 |
|---|---|---|---|
| 30° | 2.6179938780 | 2.5881904510 | 1.0115151599 |
| 60° | 5.2359877560 | 5.0000000000 | 1.0471975512 |
| 90° | 7.8539816340 | 7.0710678119 | 1.1107207345 |
| 120° | 10.4719755120 | 8.6602540378 | 1.2091995762 |
| 180° | 15.7079632679 | 10.0000000000 | 1.5707963268 |
| 270° | 23.5619449019 | 7.0710678119 | 3.3321622036 |
表格中有三个事实值得记住。在 30° 时,弧只比弦长约 1.15%,所以小角度下两者接近。在 180° 时,弦是直径,即 10 个单位,而弧是 πr = 15.7079632679 个单位。在 270° 时,弦缩回 7.0710678119 个单位,与 90° 时相同,因为弦取决于端点之间的较小夹角,而弧随扫掠范围继续增长。
特殊情况。在 60° 时,弦正好等于半径:c = 2r sin(30°) = 2r × 0.5 = r。对于 r = 5,弦是 5 个单位,半径、弦和两条半径构成一个等边三角形。这是一个方便的检验方法,也是考试出题者喜欢考的点。
为什么这很重要。如果要切割弯曲的管道,需要的是弧长。如果要测量圆形零件上两点之间的直线距离,需要的是弦。把两者混淆是最常见的圆计算错误之一,计算器会把两个值一起显示,让区别始终可见。
弧长与扇形面积的区别
弧长和扇形面积听起来相似,但测量的东西不同。弧长是一维的弯曲距离,用普通单位度量。扇形面积是二维区域,即由两条半径和弧切出的圆的楔形部分,用平方单位度量。
公式看起来很像,这正是它们容易被混淆的原因:
扇形面积等于弧长乘以半径的一半:A = ½ × r × L。这个关系是一个有用的检验。对于半径 5 个单位、角度 60°,弧是 5.2359877560 个单位,扇形面积是 ½ × 5 × 5.2359877560 = 13.0899693900 平方单位。
| 半径与角度 | 弧长 | 扇形面积 |
|---|---|---|
| r = 5,60° | 5.2359877560 个单位 | 13.0899693900 平方单位 |
| r = 8,90° | 12.5663706144 个单位 | 50.2654824574 平方单位 |
| r = 4,270° | 18.8495559215 个单位 | 37.6991118431 平方单位 |
| r = 7,120° | 14.6607657168 个单位 | 51.3126800086 平方单位 |
| r = 10,180° | 31.4159265359 个单位 | 157.0796326795 平方单位 |
单位就是线索。如果答案应该是长度,单位是 cm、m 或英寸。如果应该是面积,单位是 cm²、m² 或平方英寸。弧长答案用了平方单位,或扇形面积答案用了普通单位,那肯定错了。计算器会把两者分开,并清楚地标出单位。
整圆检验。在 360° 时,扇形就是整个圆,因此扇形面积必须等于 πr²。对于 r = 6,π × 36 = 113.0973355292 平方单位。同时,弧是完整周长 37.6991118431 个单位。两者来自相同的半径和角度,但回答的是不同的问题。
什么是弓形?
弓形是由弧和弦围成的区域。想象圆上被一条直线切下的一片:弯曲的边是弧,直的边是弦,两者之间的面积就是弓形。它比扇形小,因为扇形还包括由两条半径和弦构成的三角形。
弓形面积等于扇形面积减去两条半径与弦之间的三角形面积:
这里的 θ 是以弧度表示的中心扫掠角,介于 0 和 2π 之间。这个公式能正确处理劣弓形和优弓形:对于劣弧,它给出小的弓形帽;对于优弧,它给出覆盖圆大部分区域的大区域。
例题。对于 r = 5 个单位、60°,扇形面积是 13.0899693900 平方单位,弓形面积是 ½ × 25 × (1.0471975512 - 0.8660254038) = 2.2646518427 平方单位。弓形比扇形小得多,因为三角形占据了楔形的大部分。对于 r = 5、90°,弓形是 7.1349540849 平方单位。对于 r = 8、90°,弓形是 18.2654824574 平方单位。
特殊情况。在 180° 时,sin θ = 0,因此弓形面积等于扇形面积:½ πr²。对于 r = 5,两者都是 39.2699081699 平方单位,正好是圆的一半。在 270° 时,sin θ = -1,因此弓形比扇形大:对于 r = 5,扇形是 58.9048622548 平方单位,弓形是 71.4048622548 平方单位。在 360° 时,弦消失,弓形就是整个圆 πr²。
一句话区分弓形与扇形。扇形是从圆心出发的楔形,弓形是弦以外的弓形帽。如果问题涉及圆心,需要的是扇形;如果只涉及弧和弦,需要的是弓形。
度数与弧度的关系
度数和弧度是度量同一事物(角度)的两种单位。度数把一整圈分成 360 等份,弧度用角度所截的弧、以半径为单位来度量角度。两者由一个换算关系联系起来:π 弧度等于 180°。
| 度数 | 弧度 | 占整圆的比例 |
|---|---|---|
| 30° | π / 6 = 0.5235987756 | 1 / 12 |
| 45° | π / 4 = 0.7853981634 | 1 / 8 |
| 60° | π / 3 = 1.0471975512 | 1 / 6 |
| 90° | π / 2 = 1.5707963268 | 1 / 4 |
| 120° | 2π / 3 = 2.0943951024 | 1 / 3 |
| 180° | π = 3.1415926536 | 1 / 2 |
| 270° | 3π / 2 = 4.7123889804 | 3 / 4 |
| 360° | 2π = 6.2831853072 | 1 |
换算公式是:
换算例题。120° 换算成弧度是 120 × π / 180 = 2.0943951024 弧度。45° 是 45 × π / 180 = 0.7853981634 弧度。反过来,1 弧度是 1 × 180 / π = 57.2957795131°,2 弧度是 114.5915590262°。最后一个值很有用:当角度超过 2 弧度时,弧恰好变得比直径长。
应该用哪种单位?题目给度数就用度数,给弧度就用弧度。计算器接受两种单位,DEG/RAD 切换按钮可以在不改变弧的情况下换算角度。手算时,度数适合分数形式 L = πrθ / 180,弧度适合简洁形式 L = rθ。无论如何,绝不要在一个公式里混用两种单位。
根据周长、弦长或面积计算
有时既没有给出半径,也没有给出直径。计算器会先根据另外四种测量值之一反推半径,再像往常一样用 L = rθ 计算。同一个圆的六种方法会得到相同的半径和相同的弧长,因此您可以使用手头实际有的任意测量值。
根据整圆周长。完整周长是 C = 2πr,因此 r = C / (2π)。对于 C = 31.4159265359 个单位,r = 31.4159265359 / 6.2831853072 = 5 个单位。于是 60° 的弧是 L = 5 × π / 3 = 5.2359877560 个单位。注意一个捷径:60° 的弧是周长的六分之一,31.4159265359 / 6 = 5.2359877560 个单位。
根据弦长。弦长公式是 c = 2r sin(θ / 2),因此 r = c / [2 sin(θ / 2)]。对于弦 5 个单位、角度 60°,r = 5 / (2 × sin 30°) = 5 / (2 × 0.5) = 5 个单位。于是 L = 5.2359877560 个单位。弦长输入只在角度严格介于 0° 和 360° 之间时才有效:在 0° 或 360° 时弦为零,无法恢复半径,因此计算器会拒绝这种方法下的这些角度。
根据整圆面积。整圆面积是 A = πr²,因此 r = √(A / π)。对于 A = 78.5398163397 平方单位,r = √(78.5398163397 / π) = √(25) = 5 个单位。于是 60° 的弧是 L = 5.2359877560 个单位。您可以把半径代回面积公式来验证:π × 25 = 78.5398163397 平方单位。
根据扇形面积。扇形面积是 A = ½r²θ,因此 r = √(2A / θ),其中 θ 以弧度表示。对于扇形面积 13.0899693900 平方单位、角度 60°,θ = 1.0471975512 弧度,因此 r = √(2 × 13.0899693900 / 1.0471975512) = √(25) = 5 个单位。于是 L = 5.2359877560 个单位。这种方法既需要面积也需要角度,因为相同的扇形面积可能来自多种半径与角度的组合。
选择哪种输入。使用您实际拥有的测量值。如果两种不同的测量值给出不同的半径,说明其中一个测量值错了,在相信任何一个答案之前,值得先查清这个分歧。
圆弧长的实际应用
弧长不是抽象的课堂练习。任何需要测量、切割、建造或行走圆上弯曲距离的地方,都用同一个公式。
工程与制造。弯管从弧长开始:弯曲半径为 8 个单位、弯过 90° 的管道,仅弯曲部分就需要 12.5663706144 个单位的管材。卷成曲面板的金属板、齿轮齿廓和凸轮形状,在切割材料之前都需要弯曲长度。算错了会浪费材料,或让零件短一截。
建筑与施工。拱形门洞、圆形窗户、穹顶和弧形楼梯都按弧来标注尺寸。半径 10 个单位的半圆形拱,沿曲线需要 31.4159265359 个单位的装饰条。圆形花坛的包边订单,弯曲一侧需要弧长,直线一侧需要直径,这是两个不同的数字。
道路与赛道。环形公路弯道、跑道弯道或铁路弯道都按半径和圆心角来布局。弯道的长度决定沥青用量、铁轨长度以及车辆通过弯道行驶的距离。半径 7 个单位、120° 的弯道长 14.6607657168 个单位。
时钟、车轮与机器人。时钟指针随时间扫过一段弧。车轮在地面上滚动时,走过的距离等于它转过的弧。绕关节旋转的机器人手臂,其夹持器沿圆弧运动,行走的距离是 rθ,这就是弧度成为机器人学中自然单位的原因。
计算机图形与 CAD。CAD 模型、字体和动画中的曲线都是由圆弧构成的。弧的长度决定刀具路径如何分段、曲线如何渲染,以及动画中物体沿圆形路径移动多远。
关于真实形状的说明。并非每个弯曲结构都是完美的圆。真实的拱可能是椭圆形或抛物线形,真实的道路使用回旋曲线过渡。本页的圆公式在曲线是真正的圆弧时精确适用,只有当曲线接近圆形时才可作为良好的近似。在套用公式之前,请务必确认形状。
计算弧长时的常见错误
圆弧长计算中的大多数错误答案都来自一小部分错误。逐一检查每个错误只需几秒钟,却能避免大多数失误。
- 用了直径而不是半径。公式需要的是 r,不是 d。把 d = 14 当作半径使用会让答案翻倍:120° 的弧会得到 29.3215314336,而不是 14.6607657168。先把直径除以二。
- 忘记把度数换算成弧度。L = rθ 需要弧度。把 60° 直接代入会得到 5 × 60 = 300,而不是 5.2359877560。先换算,或使用 L = πrθ / 180。
- 把圆心角与圆周角混淆。圆周角是张同一条弧的圆心角的一半。如果题目给出圆周角 φ,圆心角是 θ = 2φ,弧是 L = r × 2φ。直接使用 φ 会让答案减半。
- 混淆优弧与劣弧。对于 r = 4,270° 的角给出优弧 18.8495559215 个单位。如果改用较小的角 90°,会得到 6.2831853072 个单位,即劣弧。请确认题目要求的是哪条弧。
- 混淆弧长与弦长。弦是直线,始终比弧短。对于 r = 5、180°,弦是 10 个单位,弧是 15.7079632679 个单位。两者只有在零长度的极限情况下才相等。
- 混淆扇形面积与弧长。扇形面积是二维区域,用平方单位表示;弧长是一维距离,用普通单位表示。对于 r = 5、60°,扇形面积是 13.0899693900 平方单位,弧是 5.2359877560 个单位。不同的量,不同的单位。
- 用了错误的测量单位。半径用 cm、角度用度数没有问题,但答案会以 cm 为单位。在一次计算中混用 cm 和英寸,或忘记换算输出单位,会得到大小错误的数字。先换算,再计算。
- 过早对 π 四舍五入。在相乘之前把 π 换成 3.14 会引入随半径增大的误差。在整个计算中保持全精度的 π,只对最终显示结果四舍五入。
- 忘记整圆是 360°。360° 的角是完整周长 2πr,不是零。0° 的角是零长度弧。两者在图上看起来相似,因为端点重合,但它们的弧长差别尽可能大。
- 用了错误的角度范围。圆的弧长公式假定扫掠范围在 0° 到 360° 之间。450° 的角不是一个圆上的有效单次扫掠:它是一整圈加上 90°,一个圆上的弧是剩下的 90°,对于 r = 8 是 12.5663706144 个单位。
能发现大多数错误的最终检验。对照周长验证结果。弧必须介于 0 和 2πr 之间,必须比弦长,劣弧加优弧必须正好等于 2πr。如果任何一项检验失败,原因就是上面十个错误之一。
例题
这六个例题涵盖了计算器的主要输入方式和弧的类型。每个例题都由驱动该工具的同一引擎计算得出,每个结果都经过独立验证。
例题 1:半径 5、60° 的劣弧。已知 r = 5 个单位,θ = 60° = π / 3 弧度。弧长 L = 5 × π / 3 = 5.2359877560 个单位。直径 d = 10 个单位。弦 c = 2 × 5 × sin(30°) = 5 个单位。扇形面积 A = ½ × 25 × π / 3 = 13.0899693900 平方单位。完整周长 C = 31.4159265359 个单位。
例题 2:半径 8、90° 的四分之一圆弧。已知 r = 8 个单位,θ = 90° = π / 2 弧度。弧长 L = 8 × π / 2 = 12.5663706144 个单位。弦 c = 2 × 8 × sin(45°) = 11.3137084990 个单位。扇形面积 A = ½ × 64 × π / 2 = 50.2654824574 平方单位。弧正好是周长 50.2654824574 个单位的四分之一。
例题 3:半径 4、270° 的优弧。已知 r = 4 个单位,θ = 270° = 3π / 2 弧度。弧长 L = 4 × 3π / 2 = 18.8495559215 个单位。弦 c = 2 × 4 × sin(135°) = 5.6568542495 个单位。扇形面积 A = ½ × 16 × 3π / 2 = 37.6991118431 平方单位。互补的劣弧使用 90°,是 6.2831853072 个单位。两条弧相加为 25.1327412287 个单位,即完整周长。
例题 4:直径 14、120° 的弧。已知 d = 14 个单位,θ = 120° = 2π / 3 弧度。半径 r = 14 / 2 = 7 个单位。弧长 L = 7 × 2π / 3 = 14.6607657168 个单位。弦 c = 2 × 7 × sin(60°) = 12.1243556530 个单位。扇形面积 A = ½ × 49 × 2π / 3 = 51.3126800086 平方单位。弓形面积是 30.0950576159 平方单位。
例题 5:半径 10、180° 的半圆。已知 r = 10 个单位,θ = 180° = π 弧度。弧长 L = 10 × π = 31.4159265359 个单位。弦 c = 2 × 10 × sin(90°) = 20 个单位,即直径。扇形面积 A = ½ × 100 × π = 157.0796326795 平方单位,正好是整圆面积的一半。弧是直径的 π / 2 倍,比横穿圆的直线长约 57.08%。
例题 6:半径 6、360° 的整圆。已知 r = 6 个单位,θ = 360° = 2π 弧度。弧长 L = 6 × 2π = 37.6991118431 个单位,即完整周长。弦 c = 0,因为端点重合。扇形面积 A = ½ × 36 × 2π = 113.0973355292 平方单位,即整圆面积。弧占周长的百分比是 100%。
点击计算器中的任意预设按钮,即可加载其中一个例题,查看完整的分步解答、实时图形以及该输入的所有次要结果。
圆弧长度常见问题解答
圆弧长的公式是什么? +
公式是 L = rθ,其中 L 是弧长,r 是半径,θ 是以弧度表示的圆心角。用度数表示时,同一公式是 L = πrθ / 180。半径 5 个单位、60° 时,L = 5 × π / 3 = 5.2359877560 个单位。
如何用半径计算弧长? +
把半径乘以以弧度表示的圆心角:L = rθ。半径 8 个单位、90° 时,先把 90° 换算成 π / 2 弧度,再计算 L = 8 × π / 2 = 12.5663706144 个单位。本页的计算器执行相同的步骤,并逐一显示。
如何用直径计算弧长? +
把直径除以二得到半径,再用 L = rθ。也可以直接用 L = πdθ / 360,其中 θ 以度数表示。直径 14 个单位、120° 时,半径是 7 个单位,L = 7 × 2π / 3 = 14.6607657168 个单位。最常见的错误是忘记除以二,这样会让答案翻倍。
如何用度数计算弧长? +
使用 L = πrθ / 180,其中 θ 以度数表示。半径 5 个单位、120° 时,L = π × 5 × 120 / 180 = 10.4719755120 个单位。这个公式成立,是因为 θ / 360 是弧占整圆的比例,而 2πr 是完整周长。
如何用弧度计算弧长? +
使用 L = rθ,其中 θ 以弧度表示。半径 4 个单位、θ = π / 2 弧度时,L = 4 × 1.5707963268 = 6.2831853072 个单位。弧度让公式变得简洁,因为弧度本身就是由半径定义的,所以公式中不出现 π。
劣弧和优弧有什么区别? +
劣弧是圆上两点之间较短的那条弧,优弧是较长的那条。圆心角小于 180° 时得到劣弧,大于 180° 时得到优弧,正好 180° 时得到半圆,此时两者相等。半径 5 个单位、60° 时,劣弧是 5.2359877560 个单位,优弧是 26.1799387799 个单位。
如何计算优弧的长度? +
使用优角,即 360° 减去较小的角,代入同一公式:Lmajor = r(2π - θ),其中 θ 是以弧度表示的较小角。半径 4 个单位、较小角为 90° 时,优弧使用 270°:L = 4 × 3π / 2 = 18.8495559215 个单位。劣弧与优弧之和始终是完整周长 2πr。
弧长和周长相同吗? +
不相同,整圆除外。周长是整个圆的弧长,C = 2πr,对应 360° 的角。任何更小的角都会得到更短的弧:90° 的弧是周长的四分之一,180° 的弧是一半。半径 6 个单位时,周长是 37.6991118431 个单位,但同一圆上 60° 的弧只有 6.2831853072 个单位。
弧长和弦长有什么区别? +
弧长沿曲线度量,L = rθ;弦长是两个端点之间的直线距离,c = 2r sin(θ / 2)。弧几乎总是更长:半径 5 个单位、90° 时,弧是 7.8539816340 个单位,弦是 7.0710678119 个单位。两者只有在零长度弧时才相等。
一个整圆有多少弧度? +
一个整圆包含 2π 弧度,约 6.2831853072 弧度。半圆包含 π 弧度,四分之一圆包含 π / 2 弧度。换算关系是弧度 = 度数 × π / 180,因此 360° 变成 360 × π / 180 = 2π 弧度。
如何计算半圆的弧长? +
半圆的圆心角是 180°,即 π 弧度,因此 L = πr。半径 10 个单位时,L = π × 10 = 31.4159265359 个单位。如果已知直径,可以用 L = πd / 2:直径 20 个单位得到同样的 31.4159265359 个单位。
弧长可以比直径长吗? +
可以,当圆心角足够大时。弧长恰好在角度大于 2 弧度(约 114.59°)时超过直径。半径 5 个单位时,直径是 10 个单位:90° 的弧是 7.8539816340 个单位,比直径短;而 180° 的弧是 15.7079632679 个单位,比直径长。在 360° 时,弧是完整周长 31.4159265359 个单位。
弧长与扇形面积有什么关系? +
两者由半径联系起来:扇形面积 A = ½ × r × L,其中 L 是弧长。半径 5 个单位、60° 时,弧是 5.2359877560 个单位,扇形面积是 ½ × 5 × 5.2359877560 = 13.0899693900 平方单位。弧长是一维距离,用普通单位表示;扇形面积是二维区域,用平方单位表示。
可以用弦长计算弧长吗? +
可以。先用 r = c / [2 sin(θ / 2)] 恢复半径,再用 L = rθ。弦 5 个单位、角度 60° 时,r = 5 / (2 × sin 30°) = 5 / 1 = 5 个单位,L = 5 × π / 3 = 5.2359877560 个单位。这种方法要求角度严格介于 0° 和 360° 之间,因为零弦不包含关于半径的任何信息。
圆形扇形和弓形有什么区别? +
扇形是由两条半径和弧形成的楔形,面积 A = ½r²θ。弓形是弧与弦之间的区域,面积 A = ½r²(θ - sin θ)。弓形等于扇形减去由两条半径和弦构成的三角形。半径 5 个单位、60° 时,扇形是 13.0899693900 平方单位,弓形是 2.2646518427 平方单位。