扇形弧长计算器

根据半径和角度,即时求出任意扇形的弧长。

Sector Arc Length Formula
L=r⋅θL = r \cdot \theta
0°360°
快速角度
图形显示

如何使用扇形弧长计算器

扇形弧长计算器用于测量圆扇形弧线上的弯曲距离,从小扇形到整个圆都适用。它接受七种不同的起始测量值,因此您可以使用已有的任意数值。按照以下步骤,不到一分钟即可得到正确答案。

  1. 选择输入方式。选择半径加圆心角、直径加圆心角、整圆周长加圆心角、扇形面积加半径、扇形面积加圆心角、弦长加圆心角或半径加已知弧长。输入框、标签和单位列表会随您选择的方式而变化。
  2. 输入测量值。在输入框中输入数值。对于面积法,使用平方单位列表(mm²、cm²、m²、km²、in²、ft²、yd²)。
  3. 输入圆心角。使用 DEG/RAD 开关以度或弧度输入角度,或将角度滑块从 0° 拖到 360°。移动滑块时,实时图形和结果会随之更新。在扇形面积加半径和半径加已知弧长这两种方式中,角度会根据您的数值推算出来。
  4. 如有需要,设置起始角和终止角。默认扫掠从 0° 开始,沿逆时针方向进行。更改起始角、终止角或方向,可以测量圆上任意位置的扇形。决定弧长的是扫掠范围,而不是位置。起始角与终止角相同表示弧长为零,除非使用整圆选项完成一整圈旋转。
  5. 选择输入单位和输出单位。计算器先把输入换算为统一的内部单位,计算后再把答案换算为您选择的输出单位。数字随单位而变,长度不变。
  6. 选择精度。选择 2、4、6 或 8 位小数,默认为 4 位。计算器内部始终使用全精度 π,仅对显示的结果进行四舍五入。
  7. 点击立即计算。主要结果是扇形弧长及其分类:零角扇形、劣扇形、半圆、优扇形或整圆。在其下方,您会得到半径、直径、整圆周长、互补弧、弦长、扇形面积、扇形周长、弓形面积、弧长百分比、两种角度形式以及劣扇形与优扇形的比较。
  8. 查看图形。实时扇形图会画出整个圆,把选定的扇形涂成金色,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线、弦、圆心点、角度标记和互补扇形。
  9. 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明的报告,重置则清空面板。预设按钮可以即时加载经过验证的示例,快速选择按钮可以直接跳到 45°、60°、90°、120°、180°、270° 或 360°。

试举一例。半径 6、角度 60° 时,弧长为 6.2831853072 个单位。半径 8、角度 90° 时,弧长为 12.5663706144 个单位。半径 5、角度 270° 时,优扇形的弧长为 23.5619449019 个单位。直径 14、角度 120° 时,弧长为 14.6607657168 个单位。扇形面积 50、半径 10 时,弧长为 10.0000000000 个单位;半径 4、已知弧长 6 时,角度为 85.9436692696°。

重要提示。请保持角度单位一致:60° 和 1.0471975512 弧度是同一个角,但 60 弧度不是 60°。弧长只是弯曲距离,弦是另一种度量,始终更短,零长弧除外。如果输入直径,计算器会先将其减半求出半径。扇形面积不是弧长:一个用平方单位度量,另一个用普通单位度量。零或负的测量值不是有效的扇形,因此计算器会拒绝它,而不是给出误导性的答案。

什么是扇形弧长?

圆是到定点(圆心 O)距离固定(即半径)的所有点的集合。圆扇形是由两条半径和它们之间的弧从圆中切出的楔形区域,像一块披萨。扇形弧长是沿该楔形外缘的弯曲距离,从一条半径的端点沿曲线到另一条半径的端点。

想象一块披萨。两条直切边是半径,尖端是圆心 O,饼边就是弧。弧长就是饼边的长度。连接披萨宽端两个饼边端点的直线是弦,它比饼边短。

标有圆心 O、半径 r、圆心角、弧、弦和阴影扇形的圆扇形

每个扇形都有相同的组成部分,按半径成比例缩放。圆心 O 是定点。半径 r 从 O 到圆上任意一点。圆心角 θ 是 O 处两条界定扇形的半径之间的夹角,它决定扇形占整个圆的比例。弧是弯曲的边缘。弦是弧端点之间的直线。扇形面积是两条半径和弧围成的区域。

两条半径总是把圆分成两个扇形:较小的劣扇形和较大的优扇形。两者合起来构成整个圆。您需要哪一个取决于具体问题,计算器会同时显示两者,因此您无需猜测。

扇形弧长是一维的度量,即长度,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,是正确完成每个扇形计算的第一步。

扇形弧长公式

扇形弧长直接来自整圆的周长。整圆的周长是:

C = 2πr

圆心角为 θ 的扇形占完整 360° 旋转的 θ / 360,因此它的弧是周长的相同比例:

L = (θ / 360) × 2πr

化简后得到公式的度数形式:

L = πrθ / 180

当角度用弧度度量时,公式更简单,因为弧度本身就是由半径定义的:

L = rθ

公式中每个符号都有精确的含义:

符号 含义 说明
L弧长沿扇形弧的弯曲距离
r半径从圆心到弧的距离
d直径d = 2r,圆的完整宽度
θ圆心角以度(0° 至 360°)或弧度(0 至 2π)表示
π圆周率3.141592653589793,圆的常数
A扇形面积A = ½r²θ,楔形面积
P扇形周长P = L + 2r,扇形的完整边界

两种形式给出相同的答案。角度以度为单位时使用 L = πrθ / 180,角度以弧度为单位时使用 L = rθ。计算器先把度换算为弧度,然后在内部使用 L = rθ,因此两种模式的结果始终一致。

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 L = dθ / 2,或度数形式 L = πdθ / 360。

如何计算扇形弧长

半径加圆心角是求扇形弧长最直接的方法。下面的例题使用半径 6 个单位、圆心角 60°。

  1. 确定半径。r = 6 个单位。
  2. 确定圆心角。θ = 60°。
  3. 把度换算为弧度。θ = 60 × π / 180 = π / 3 = 1.0471975512 弧度。
  4. 写出弧长公式。L = rθ。
  5. 代入数值。L = 6 × π / 3。
  6. 计算。L = 6.2831853072 个单位。
  7. 按需四舍五入。保留两位小数时,L = 6.28 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 5 个单位、角度 270° 时,L = 5 × 3π / 2 = 23.5619449019 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,这是一个有用的检验: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。如果在相乘前把 π 换成 3.14,半径 6、角度 60° 时碰巧仍得到 6.28,但半径 8、角度 90° 时会得到 12.56,而不是 12.5663706144,误差为 0.0063706144。这个误差随半径增大而增大,因此在整个计算过程中保持全精度,只对最终显示的结果四舍五入。

如何用直径计算扇形弧长

当已知直径而不是半径时,先将其减半,再套用相同的公式。下面的例题使用直径 14 个单位、圆心角 120°。

  1. 确定直径。d = 14 个单位。
  2. 求出半径。r = d / 2 = 14 / 2 = 7 个单位。
  3. 确定圆心角。θ = 120° = 2π / 3 = 2.0943951024 弧度。
  4. 写出公式。L = rθ,或直接使用 L = πdθ / 360。
  5. 代入。L = 7 × 2.0943951024,或 L = π × 14 × 120 / 360。
  6. 计算。L = 14.6607657168 个单位。
  7. 按需四舍五入。保留两位小数时,L = 14.66 个单位。

两条路线的结果完全一致,这是一个很好的自我检验。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,说明直径没有正确减半。

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。在实际生活中,直径往往比半径更容易测量,因为可以直接量过整个圆。这就是计算器直接接受直径输入的原因:量出直径,输入进去,计算器会为您减半。

如何用度计算扇形弧长

度是日常使用的角度单位。一个整圆包含 360°,因此以度表示的圆心角直接告诉您扇形占整个圆的比例。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 以度为单位。它来自比例的思想:θ / 360 乘以周长 2πr,再化简得到。

例题。半径 8 个单位,角度 90°。

  1. 确定数值。r = 8 个单位,θ = 90°。
  2. 求出占圆的比例。90 / 360 = 1 / 4,即四分之一圆。
  3. 写出公式。L = πrθ / 180。
  4. 代入。L = π × 8 × 90 / 180 = π × 8 / 2。
  5. 计算。L = 12.5663706144 个单位。
  6. 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。

更多度数例子,半径为 5 个单位时: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。请注意,半径相同时,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。把度数值直接代入 L = rθ 而不换算,会得到严重错误的结果。对于 r = 5、60°,不换算的计算得到 5 × 60 = 300,但正确答案是 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。

如何用弧度计算扇形弧长

弧度是这样得到的角:当弧长等于半径时所对应的角。如果把一根与半径等长的绳子绕在圆上,它在圆心处张成的角正好是 1 弧度。一个整圆包含 2π 弧度,约为 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,这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 6 个单位,角度为 π / 3 弧度(即 60°)。

  1. 确定数值。r = 6 个单位,θ = π / 3 = 1.0471975512 弧度。
  2. 写出公式。L = rθ。
  3. 代入。L = 6 × 1.0471975512。
  4. 计算。L = 6.2831853072 个单位。
  5. 对照度数检验。π / 3 弧度是 60°,度数公式得到 L = π × 6 × 60 / 180 = 6.2831853072 个单位。两者完全一致。
标有 90 度、180 度、270 度和 360 度及其弧度等价形式二分之 pi、pi、二分之三 pi 和二 pi 的圆

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 10 个单位、θ = π 弧度时,L = 10 × 3.1415926536 = 31.4159265359 个单位,即半圆弧。半径 5 个单位、θ = 1 弧度时,L = 5 个单位,因为角度为 1 弧度时弧长等于半径。

为什么数学中更喜欢用弧度。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为弧度的原因。

扇形弧长与扇形面积的区别

扇形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。

两个公式看起来很像,这正是它们容易混淆的原因:

弧长:L = rθ    扇形面积:A = ½r²θ

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 6 个单位、角度 60°,弧长为 6.2831853072 个单位,扇形面积为 ½ × 6 × 6.2831853072 = 18.8495559215 平方单位。

半径和角度 弧长 扇形面积
r = 6,60°6.2831853072 个单位18.8495559215 平方单位
r = 8,90°12.5663706144 个单位50.2654824574 平方单位
r = 5,270°23.5619449019 个单位58.9048622548 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,单位就是 cm、m 或英寸。如果答案应该是面积,单位就是 cm²、m² 或平方英寸。弧长答案用了平方单位,或者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。

扇形的周长是多少?

扇形的周长是绕其边界一圈的距离。一个完整的扇形有三段边界:弯曲的弧、第一条半径和第二条半径。因此扇形周长等于弧长加上两倍半径:

P = L + 2r = rθ + 2r

这里 θ 以弧度为单位。两条直边各正好长一个半径,因此它们在弯曲弧长上再加 2r。

左侧为弯曲弧长,右侧为弧长加两条半径边的完整扇形周长,两者作比较

例题。半径 6 个单位,角度 60°。弧长 L = 6.2831853072 个单位。两条半径加起来是 2 × 6 = 12 个单位。扇形周长 P = 6.2831853072 + 12 = 18.2831853072 个单位。

更多例子。半径 8、角度 90°:弧长 12.5663706144,周长 12.5663706144 + 16 = 28.5663706144 个单位。半径 5、角度 270°:弧长 23.5619449019,周长 23.5619449019 + 10 = 33.5619449019 个单位。半径 7、角度 120°:弧长 14.6607657168,周长 14.6607657168 + 14 = 28.6607657168 个单位。

两种特殊情况。对于整圆,即 360°,边界中根本没有半径边:周长就是周长本身,P = 2πr。对于 r = 6,结果是 37.6991118431 个单位,而不是 37.6991118431 + 12。对于零角扇形,即 0°,几何形状是退化的:两条半径重合,弧长为零,因此不要为它给出普通的扇形周长。计算器把零角情况视为退化情况,不报告正常的周长值。

为什么这种区分很重要。如果要为扇形面板订购包边,需要的是周长,因为包边沿着弧和两条直边走。如果只测量弯曲的边,需要的是弧长。把两者混淆是最常见的扇形错误之一,计算器会把两个值并排显示,因此差别始终一目了然。

劣扇形与优扇形

两条半径把圆分成两个扇形。较小的那个是劣扇形,较大的那个是优扇形。它们共用相同的两条半径,合起来构成整个圆。

60 度的小劣扇形与 300 度的大优扇形并排显示

圆心角决定哪一个是哪一个。圆心角小于 180° 时得到劣扇形。圆心角大于 180° 时得到优扇形,它的角是优角,大于平角。正好 180° 时得到半圆,它既不是劣扇形也不是优扇形:两个扇形相等。

圆心角 扇形类型 弧长
0°零角扇形或退化扇形L = 0
0° 至 180° 之间劣扇形L = rθ
180°半圆L = πr
180° 至 360° 之间优扇形L = rθ
360°整圆L = 2πr

劣扇形和优扇形互为补扇形。对于较小的圆心角 θ,劣弧为 Lminor = rθ,优弧为 Lmajor = r(2π - θ)。它们的和始终是完整周长,它们的扇形面积相加等于整圆面积:

Lminor + Lmajor = 2πr    Aminor + Amajor = πr²

例题。半径 6 个单位,较小角度 60°。劣弧 L = 6 × π / 3 = 6.2831853072 个单位,劣扇形面积为 18.8495559215 平方单位。优弧使用优角 360° - 60° = 300°,因此 L = 6 × 5π / 3 = 31.4159265359 个单位,优扇形面积为 94.2477796077 平方单位。两条弧相加为 6.2831853072 + 31.4159265359 = 37.6991118431 个单位,即完整周长;两个面积相加为 18.8495559215 + 94.2477796077 = 113.0973355292 平方单位,即整圆面积。劣扇形占圆的 16.67%,优扇形占 83.33%。

另一个例子。半径 5 个单位,角度 270°。这已经是优扇形:L = 23.5619449019 个单位,扇形面积为 58.9048622548 平方单位。它的互补劣扇形使用 90°:L = 7.8539816340 个单位,面积为 19.6349540849 平方单位。两者之和为 31.4159265359 个单位,即完整周长 2π × 5。

不要混淆两个角。最常见的劣扇形与优扇形错误,是在问题要求优扇形时使用了较小的角,或者反过来。始终检查题目给出的角是较小的角还是优角,并记住计算器会把两个扇形并排显示,方便您选择问题需要的那一个。

扇形与弓形的区别

扇形和弓形是圆的两个不同区域,容易混淆,因为两者都涉及弧。扇形由两条半径和一条弧围成。弓形由一条弦和一条弧围成。弓形是扇形中位于弦之外的部分,因此比扇形小,下面的特殊情况除外。

圆中显示楔形的扇形和弧与其弦之间较小的弓形面积,标有半径线和弦

公式清楚地显示了两者的区别:

扇形:A = ½r²θ    弓形:A = ½r²(θ - sin θ)

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 θ 是以弧度表示的圆心扫掠角,介于 0 和 2π 之间。该公式对劣弓形和优弓形都正确:对于劣弧,它给出小的弓形;对于优弧,它给出覆盖圆大部分区域的大区域。

例题。对于 r = 6 个单位、60°,扇形面积为 18.8495559215 平方单位,弓形面积为 ½ × 36 × (1.0471975512 - 0.8660254038) = 3.2610986534 平方单位。弓形比扇形小得多,因为三角形占了楔形的大部分。对于 r = 8、90°,弓形为 18.2654824574 平方单位。对于 r = 5、90°,弓形为 7.1349540849 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,扇形为 58.9048622548 平方单位,弓形为 71.4048622548 平方单位。在 360° 时,弦消失,弓形就是整个圆,即 πr²。

一句话区分弓形与扇形。扇形是从圆心出发的楔形。弓形是弦外侧的部分。如果问题涉及圆心,您需要扇形。如果问题只涉及弧及其弦,您需要弓形。

弦长与扇形弧长

弦长和扇形弧长都连接圆上的同两个点,但走的路径不同。弧沿着曲线走,弦则直穿过去。弧几乎总是更长。

公式清楚地显示了两者的区别:

弧长:L = rθ    弦长:c = 2r sin(θ / 2)

弦取决于半角的正弦值,正弦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) 弧长除以弦长
30°2.61799387802.58819045101.0115151599
60°5.23598775605.00000000001.0471975512
90°7.85398163407.07106781191.1107207345
120°10.47197551208.66025403781.2091995762
180°15.707963267910.00000000001.5707963268
270°23.56194490197.07106781193.3321622036

表中有三个事实值得记住。在 30° 时,弧只比弦长约 1.15%,因此小角度时两者接近。在 180° 时,弦就是直径 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,而弧则随扫掠范围继续增大。

特殊情况。在 60° 时,弦长正好等于半径:c = 2r sin(30°) = 2r × 0.5 = r。对于 r = 6,弦长为 6 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,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,需要的是弦长。把两者混淆是最常见的圆的错误之一,计算器会把两个值一起显示,因此差别始终一目了然。

由周长、弦长、扇形面积或弧长推算

有时既没有给出半径,也没有给出角度。计算器会先从其他四种测量值推导出缺失的数值,然后照常使用 L = rθ。对于同一个扇形,全部七种方法都会得到相同的半径和相同的弧长,因此您可以使用实际拥有的任意测量值。

由整圆周长推算。整圆周长是 C = 2πr,因此 r = C / (2π)。对于 C = 37.6991118431 个单位,r = 37.6991118431 / 6.2831853072 = 6 个单位。那么 60° 扇形的弧长为 L = 6 × π / 3 = 6.2831853072 个单位。请注意这个捷径:60° 的弧是周长的六分之一,而 37.6991118431 / 6 = 6.2831853072 个单位。

由弦长推算。弦长公式是 c = 2r sin(θ / 2),因此 r = c / [2 sin(θ / 2)]。对于弦长 6 个单位、角度 60°,r = 6 / (2 × sin 30°) = 6 / (2 × 0.5) = 6 个单位。那么 L = 6.2831853072 个单位。弦长输入仅在角度严格介于 0° 和 360° 之间时有效:在 0° 或 360° 时弦长为零,无法恢复半径,因此计算器会拒绝这种方法使用这些角度。

由扇形面积和半径推算。扇形面积是 A = ½r²θ,因此 θ = 2A / r²。对于扇形面积 50 平方单位、半径 10 个单位,θ = 2 × 50 / 100 = 1 弧度 = 57.2957795131°。那么 L = 10 × 1 = 10.0000000000 个单位。这种方法要求扇形面积不大于整圆面积 πr²:对于 r = 10,该上限是 314.1592653590 平方单位,因此超过该值的面积会被拒绝。

由扇形面积和角度推算。同样变形后,r = √(2A / θ),其中 θ 以弧度为单位。对于扇形面积 18.8495559215 平方单位、角度 60°,θ = 1.0471975512 弧度,因此 r = √(2 × 18.8495559215 / 1.0471975512) = √(36) = 6 个单位。那么 L = 6.2831853072 个单位。这种方法除了面积还需要角度,因为相同的扇形面积可以来自许多不同的半径和角度组合。

由半径和已知弧长推算。角度为 θ = L / r。对于半径 4 个单位、已知弧长 6 个单位,θ = 6 / 4 = 1.5 弧度 = 85.9436692696°。那么扇形面积 A = ½ × 16 × 1.5 = 12.0000000000 平方单位,周长 P = 6 + 8 = 14.0000000000 个单位。这种方法要求弧长不超过完整周长 2πr:对于 r = 4,该上限是 25.1327412287 个单位。

使用哪种输入。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有误,在相信任何一个答案之前,值得先查明分歧的原因。

圆扇形的实际应用

扇形弧长不是抽象的课堂练习。凡是需要测量、切割、建造或行进圆上弯曲距离的地方,都适用同一个公式。

机械工程。管道弯曲从弧长开始: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、齿轮齿形和凸轮形状,在切割材料之前都需要弯曲长度。算错了会浪费材料,或者让零件短一截。

建筑与施工。拱形门、圆形窗户、穹顶和弧形楼梯都按弧线来标注尺寸。半径 10 个单位的半圆拱,沿曲线需要 31.4159265359 个单位的包边。半径 6 个单位、角度 60° 的扇形雨篷,沿曲线需要 6.2831853072 个单位的包边,绕整个边界则需要 18.2831853072 个单位。

道路与赛道。圆形公路弯道、跑道弯道或铁路弯道都按半径和圆心角来布设。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。

披萨与食物分份。一块披萨就是一个扇形。如果披萨半径为 6 个单位,一块切成 60° 的披萨饼边长为 6.2831853072 个单位,面积为 18.8495559215 平方单位。六块这样的披萨组成整个披萨,它们的饼边加起来是 37.6991118431 个单位,即完整周长。切出相等的披萨块就是扇形等分问题:角度相等,弧长和面积也相等。

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长。机器人手臂绕关节旋转时,夹持器沿圆弧移动,它走过的距离是 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由圆弧构成。弧的长度决定刀具路径如何分段、曲线如何渲染,以及物体在动画中沿圆形路径移动多远。CAD 中的扇形零件正是由本计算器使用的半径和角度来定义的。

关于真实形状的说明。并非每个弯曲结构都是完美的圆。真实的拱可以是椭圆形或抛物线形,真实的道路使用缓和曲线过渡。本页的扇形公式在曲线是真正的圆弧时完全适用,只有当曲线接近圆形时才是良好的近似。在套用公式之前,务必先确认形状。

计算扇形弧长时的常见错误

扇形弧长的大多数错误答案都来自一小部分错误。逐一检查每一条只需几秒钟,却能避免大多数错误。

  1. 在弧度公式中直接使用度。L = rθ 需要弧度。把 60° 直接代入会得到 6 × 60 = 360,而不是 6.2831853072。请先换算,或使用 L = πrθ / 180。
  2. 把半径与直径混淆。公式需要的是 r,而不是 d。把 d = 14 当作半径使用,答案会翻倍:对于 120° 的扇形,得到 29.3215314336,而不是 14.6607657168。请先把直径减半。
  3. 把扇形面积与弧长混淆。扇形面积是二维区域,用平方单位度量。弧长是一维距离,用普通单位度量。对于 r = 6、60°,扇形面积为 18.8495559215 平方单位,弧长为 6.2831853072 个单位。这是不同的量,单位也不同。
  4. 把扇形周长与弧长混淆。周长要加上两条半径边:P = L + 2r。对于 r = 6、60°,弧长为 6.2831853072 个单位,但周长为 18.2831853072 个单位。问题要求弧长时使用周长,答案会多出 12 个单位。
  5. 使用了错误的圆心角。扇形问题给出的可能是弦与切线之间的角,或圆周角,而不是圆心角。同一条弧对应的圆周角是圆心角的一半。如果问题给出圆周角 φ,圆心角为 θ = 2φ,弧长为 L = r × 2φ。直接使用 φ 会使答案减半。
  6. 把劣扇形与优扇形混淆。对于 r = 5,270° 的角给出优扇形弧长 23.5619449019 个单位。改用较小的角 90° 会得到 7.8539816340 个单位,即劣弧。请检查问题要求的是哪一个扇形。
  7. 使用了错误的弦长公式。弦长是 c = 2r sin(θ / 2),正弦里面是半角。改用 sin(θ) 会得到错误的值:对于 r = 6、60°,正确的弦长是 6 个单位,而 2 × 6 × sin(60°) = 10.3923048454 个单位。
  8. 把长度单位与平方单位混用。半径用 cm、角度用度没有问题,但答案的单位是 cm。扇形面积用 cm² 时,必须用平方换算系数:1 m² 是 10,000 cm²,而不是 100 cm²。在一次计算中混用 cm 和英寸,或忘记换算输出单位,都会得到大小错误的数字。请先换算,再计算。
  9. 过早对 π 四舍五入。在相乘前把 π 换成 3.14 会引入随半径增大而增大的误差。在整个计算过程中保持全精度 π,只对最终显示的结果四舍五入。
  10. 忘记把角度换算为弧度。每个在公式中使用 θ 而没有 180 的扇形公式,包括扇形面积 A = ½r²θ、弦长 c = 2r sin(θ / 2) 和弓形面积 A = ½r²(θ - sin θ),都需要 θ 以弧度为单位。度只适用于公式的度数形式。

能发现大多数错误的最终检验。对照周长验证结果。弧长必须介于 0 和 2πr 之间,必须比弦更长,扇形面积必须介于 0 和 πr² 之间,劣弧加优弧必须正好等于 2πr。如果其中任何一项检验失败,原因就是上面十个错误中的一个。

例题

这六个例子涵盖计算器的主要输入方式和扇形类型。每个例子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 6、60 度的扇形。已知 r = 6 个单位,θ = 60° = π / 3 弧度。弧长 L = 6 × π / 3 = 6.2831853072 个单位。直径 d = 12 个单位。弦长 c = 2 × 6 × sin(30°) = 6 个单位。扇形面积 A = ½ × 36 × π / 3 = 18.8495559215 平方单位。扇形周长 P = 6.2831853072 + 12 = 18.2831853072 个单位。弓形面积为 3.2610986534 平方单位。完整周长 C = 37.6991118431 个单位。

例题 2:半径 8、90 度的四分之一圆扇形。已知 r = 8 个单位,θ = 90° = π / 2 弧度。弧长 L = 8 × π / 2 = 12.5663706144 个单位。弦长 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。扇形周长 P = 12.5663706144 + 16 = 28.5663706144 个单位。弓形面积为 18.2654824574 平方单位。弧长正好是周长 50.2654824574 个单位的四分之一。

例题 3:半径 5、270 度的优扇形。已知 r = 5 个单位,θ = 270° = 3π / 2 弧度。弧长 L = 5 × 3π / 2 = 23.5619449019 个单位。弦长 c = 2 × 5 × sin(135°) = 7.0710678119 个单位。扇形面积 A = ½ × 25 × 3π / 2 = 58.9048622548 平方单位。扇形周长 P = 23.5619449019 + 10 = 33.5619449019 个单位。使用 90° 的互补劣弧为 7.8539816340 个单位,互补扇形面积为 19.6349540849 平方单位。两条弧相加为 31.4159265359 个单位,即完整周长。

例题 4:直径 14、120 度的扇形。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。弦长 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。扇形周长 P = 14.6607657168 + 14 = 28.6607657168 个单位。弓形面积为 30.0950576159 平方单位。

例题 5:面积 50、半径 10 的扇形。已知扇形面积 A = 50 平方单位,半径 r = 10 个单位。圆心角 θ = 2 × 50 / 100 = 1 弧度 = 57.2957795131°。弧长 L = 10 × 1 = 10.0000000000 个单位。弦长 c = 2 × 10 × sin(0.5) = 9.5885107721 个单位。扇形周长 P = 10.0000000000 + 20 = 30.0000000000 个单位。弓形面积为 7.9264507596 平方单位。互补弧为 52.8318530718 个单位。

例题 6:半径 4、已知弧长 6 的扇形。已知 r = 4 个单位,L = 6 个单位。圆心角 θ = 6 / 4 = 1.5 弧度 = 85.9436692696°。扇形面积 A = ½ × 16 × 1.5 = 12.0000000000 平方单位。弦长 c = 2 × 4 × sin(0.75) = 5.4531100802 个单位。扇形周长 P = 6 + 8 = 14.0000000000 个单位。弓形面积为 4.0200401072 平方单位。互补弧为 19.1327412287 个单位,互补扇形面积为 38.2654824574 平方单位。

点击计算器中的任意预设按钮,即可加载其中一个例子,查看完整的分步解答、实时图形以及该输入方式的全部次要结果。

扇形弧长常见问题

扇形弧长的公式是什么? +

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。用度表示时,同一公式为 L = πrθ / 180。对于半径 6 个单位、60°,L = 6 × π / 3 = 6.2831853072 个单位。

如何计算扇形的弧长? +

用半径乘以以弧度表示的圆心角:L = rθ。对于半径 8 个单位、90°,先把 90° 换算为 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,并展示每一步。

弧长与扇形面积有什么区别? +

弧长是一维的弯曲距离,L = rθ,用普通单位度量。扇形面积是二维的楔形区域,A = ½r²θ,用平方单位度量。两者通过半径联系起来:A = ½ × r × L。对于半径 6 个单位、60°,弧长为 6.2831853072 个单位,扇形面积为 18.8495559215 平方单位。

如何用直径计算扇形弧长? +

先把直径减半得到半径,再使用 L = rθ。等价地,直接使用 L = πdθ / 360,其中 θ 以度为单位。对于直径 14 个单位、120°,半径为 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,这样答案会翻倍。

如何用度计算扇形弧长? +

使用 L = πrθ / 180,其中 θ 以度为单位。对于半径 5 个单位、120°,L = π × 5 × 120 / 180 = 10.4719755120 个单位。这个公式成立,是因为 θ / 360 是扇形占整个圆的比例,而 2πr 是完整周长。

如何用弧度计算扇形弧长? +

使用 L = rθ,其中 θ 以弧度为单位。对于半径 6 个单位、θ = π / 3 弧度,L = 6 × 1.0471975512 = 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,所以公式中没有 π。

扇形周长的公式是什么? +

扇形周长是扇形的完整边界:P = L + 2r,或 P = rθ + 2r,其中 θ 以弧度为单位。对于半径 6 个单位、60°,弧长为 6.2831853072 个单位,因此 P = 6.2831853072 + 12 = 18.2831853072 个单位。对于整圆,周长就是周长本身,P = 2πr,不再加上半径边。

扇形周长与弧长相同吗? +

不同。弧长只是弯曲的边,L = rθ。扇形周长是整个边界:弯曲的边加上两条直的半径边,P = L + 2r。对于半径 6 个单位、60°,弧长为 6.2831853072 个单位,周长为 18.2831853072 个单位,相差 12 个单位。两者只在半径为零的极限情况下相等,而那不是真正的扇形。

什么是劣扇形? +

劣扇形是由圆的两条半径形成的两个扇形中较小的那一个。它的圆心角小于 180°。对于半径 6 个单位、60°,劣扇形的弧长为 6.2831853072 个单位,面积为 18.8495559215 平方单位,占整个圆的 16.67%。另一个扇形即优扇形,占剩余的 83.33%。

什么是优扇形? +

优扇形是由圆的两条半径形成的两个扇形中较大的那一个。它的圆心角大于 180°,称为优角。对于半径 5 个单位、270°,优扇形的弧长为 23.5619449019 个单位,面积为 58.9048622548 平方单位,占整个圆的 75%。它的互补劣扇形在 90° 时,弧长为 7.8539816340 个单位。

如何计算圆扇形的面积? +

使用 A = ½r²θ,其中 θ 以弧度为单位;或使用 A = (θ / 360) × πr²,其中 θ 以度为单位。对于半径 6 个单位、60°,A = ½ × 36 × π / 3 = 18.8495559215 平方单位。快速检验:扇形面积等于半径的一半乘以弧长,A = ½ × r × L。

扇形与弓形有什么区别? +

扇形是由两条半径和弧形成的楔形,面积 A = ½r²θ。弓形是弧与其弦之间的区域,面积 A = ½r²(θ - sin θ)。弓形等于扇形减去由两条半径和弦形成的三角形。对于半径 6 个单位、60°,扇形为 18.8495559215 平方单位,弓形为 3.2610986534 平方单位。

如何计算弦长? +

使用 c = 2r sin(θ / 2),其中 θ 以弧度为单位。对于半径 6 个单位、60°,c = 2 × 6 × sin(30°) = 6 个单位。对于半径 8 个单位、90°,c = 2 × 8 × sin(45°) = 11.3137084990 个单位。对于同一角度,弦始终比弧短,零长弧除外。

扇形弧长可以比半径大吗? +

可以,只要圆心角大于 1 弧度,约 57.30°。当角度正好为 1 弧度时,弧长正好等于半径:对于半径 10 个单位的扇形,1 弧度对应的弧长为 10 个单位。对于半径 5 个单位,90° 的弧长为 7.8539816340 个单位,比半径长;而 30° 的弧长为 2.6179938780 个单位,比半径短。在 360° 时,弧就是完整周长 2πr。

圆心角为 360° 时会发生什么? +

扇形变成整个圆。弧长就是完整周长,L = 2πr:对于半径 6 个单位,结果为 37.6991118431 个单位。扇形面积就是整圆面积,πr² = 113.0973355292 平方单位。弦长为零,因为端点重合;周长只有周长本身,不再加上半径边。互补扇形为空。

如何计算互补扇形? +

从整圆中减去即可。互补角为 θcomplement = 2π - θ,互补弧为 Lcomplement = 2πr - L,互补扇形面积为 Acomplement = πr² - A。对于半径 6 个单位、60°,互补弧为 31.4159265359 个单位,互补扇形面积为 94.2477796077 平方单位。选定的扇形与其互补扇形相加始终等于整个圆。

为什么弧长计算中使用弧度? +

弧度本身就是由半径定义的:1 弧度是弧长等于半径时对应的角。这使得弧长公式 L = rθ 变得简洁,里面没有 π,扇形面积、弦长和弓形面积公式也同样简洁。度需要在每个公式中额外乘以换算系数 π / 180。计算器接受两种单位,先把度换算为弧度,并且始终以两种形式显示角度,方便您检验换算。