請輸入橢圓的半長軸(從中心到邊緣的長度中最長的)和半短軸(最短的)。會顯示面積(π × 半長軸 × 半短軸)和保留 π 的精確形式。
這個頁面可以做什麼
- 只要輸入半長軸(較長的半徑)和半短軸(較短的半徑),就能當場知道橢圓的面積(面積=圓周率 \(\pi\) × 半長軸 × 半短軸)
- 除了小數的答案,也會顯示保留圓周率 \(\pi\) 的精確形式(半長軸 30、半短軸 20 時,面積 \(= 600\pi\))
- 半長軸和半短軸填入相同的值,也能直接用來計算圓的面積
- 淺顯的公式解說,以及可直接複製的 Excel、Google 試算表、Python 寫法,都整理在這個頁面
這個計算有什麼用?
橢圓形餐桌是用「寬 180 公分 × 深 100 公分」這樣從一端到另一端的尺寸販售。半長軸是 90 公分、半短軸是 50 公分,所以桌面的面積是 \(\pi \times 90 \times 50 = 4500\pi \approx 14137\,\mathrm{cm^2}\)(約 1.41 m²)。
保護桌面的玻璃或桌墊,價格常依面積決定,下單前先算出面積,有助於核對報價。
較長方向寬 3 公尺、較短方向寬 2 公尺的橢圓形花圃,半長軸是 1.5 公尺、半短軸是 1 公尺,面積是 \(\pi \times 1.5 \times 1 = 1.5\pi \approx 4.71\,\mathrm{m^2}\)。
培養土、肥料會標示「每平方公尺幾公升」,草皮、防草布會標示「每平方公尺幾片」等每單位面積的參考用量,知道面積就能在購買前估算需要的量。
田徑跑道內側的場地或球場,有些是接近橢圓的形狀。假設看成半長軸 90 公尺、半短軸 60 公尺的橢圓,面積可以概算為 \(\pi \times 90 \times 60 = 5400\pi \approx 16965\,\mathrm{m^2}\)(約 1.7 公頃)。
草皮的更換費用、肥料、灑水量都是依面積規劃,所以橢圓的面積公式是設施管理估價的起點(實際的場地不一定是精確的橢圓,只能當作概算)。
行星和彗星的軌道,是以太陽為一個焦點的橢圓(克卜勒第一定律)。軌道繞一圈所圍成的面積正是 \(\pi a b\),和「太陽與行星的連線,在相同時間內掃過相同的面積」這個克卜勒第二定律組合,就能進一步計算繞軌道一圈的時間(公轉週期)。
這是天文學的教科書和人造衛星的軌道設計中,至今仍在使用的公式。
超音波檢查的儀器,有把影像中器官或病變的斷面用橢圓圈起來測量面積的功能,內部就是用這個公式(\(\pi a b\))計算。斷面不一定是漂亮的橢圓,所以是近似值,但作為用數字比較大小變化的參考,醫師和醫事檢驗師每天都在使用。
公式與圖示
符號與用語解說
符號
| \(S\) | S | 常用來表示面積的符號。本頁表示橢圓的面積。 |
| \(\pi\) | pi | 圓周率,表示圓周長是直徑的幾倍的數,約 3.14159。國小數學用的「3.14」是它的近似值。 |
| \(a\) | a | 半長軸,橢圓從中心到邊緣的距離中最長的(長軸的一半)。 |
| \(b\) | b | 半短軸,橢圓從中心到邊緣的距離中最短的(短軸的一半)。 |
| \(r\) | r | 圓的半徑,取自英文 radius(半徑)的字首。在半長軸和半短軸相等的橢圓(=圓)中,\(a = b = r\)。 |
| \(r^2\) | r 的平方 | 同一個數 \(r\) 乘兩次的值(\(r \times r\))。右上角的小 2 是指數,意思是「乘兩次」。 |
| \(\mathrm{cm^2}\) | 平方公分 | 面積的單位。邊長 1 公分的正方形,面積是 1 cm²。半長軸、半短軸用公分輸入,面積就是 cm²(用公尺就是 m²)。 |
用語
| 橢圓 | 像把圓只往一個方向拉長(壓扁)一樣的曲線。精確的定義是「到 2 個焦點的距離和為定值的點的集合」。蛋的斷面、運動場的場地等,生活中「接近橢圓的形狀」很多(像田徑跑道的彎道,看起來像橢圓,其實並不是真正的橢圓)。 |
| 長軸 | 通過橢圓中心、從一端量到另一端的長度中最長的。相當於橢圓的「寬(較長方向的跨距)」,是半長軸的 2 倍。 |
| 短軸 | 通過橢圓中心、從一端量到另一端的長度中最短的,和長軸垂直相交,是半短軸的 2 倍。 |
| 半長軸 | 長軸的一半,也就是橢圓從中心到邊緣的距離中最長的。相當於圓的半徑,在面積公式中用符號 \(a\) 表示。 |
| 半短軸 | 短軸的一半,也就是橢圓從中心到邊緣的距離中最短的。在面積公式中用符號 \(b\) 表示。 |
| 焦點 | 橢圓內部 2 個特別的點。不論從橢圓邊緣的哪一點量,到 2 個焦點的距離和都相同。2 個焦點重合成 1 點時,橢圓就變成圓。 |
| 面積 | 用數表示圖形的大小。用「有幾個邊長 1 公分的正方形(1 cm²)」來量。 |
| 圓周率 | 表示圓周長(繞圓一圈的長度)是直徑的幾倍的數,約 3.14159,用符號 \(\pi\)(pi)表示。橢圓的面積公式中,也和圓面積一樣出現這個數。 |
建議先了解的基礎知識
為了能「理解意義」地使用這個頁面的計算,這裡整理了建議先了解的基礎知識。
| 乘法與小數的計算(國小三~五年級,8~11 歲) |
|
| 圓周率與圓面積(國小六年級,11~12 歲) |
|
| 代數式與符號 π(國中七年級,12~13 歲) |
|
| 橢圓這個圖形(高中,15~18 歲) |
|
用 Excel 計算的方法
| 半長軸 | 30 |
| 半短軸 | 20 |
| 橢圓的面積 | =PI()*B1*B2 |
| 半徑 | 4 |
| 圓的面積 | =PI()*B1^2 |
公式中的「B1」「B2」意思是「使用該儲存格中的數值」,「*」是乘號,「^」是次方(乘幾次)的符號。「PI()」是傳回圓周率 π(3.14159…)的 Excel 函數。
例如第 1 個表格,B3 會顯示 π × 30 × 20=約 1884.96(輸入的是公分,所以單位是 cm²)。第 2 個表格的 B2 會顯示約 50.27。只要把輸入欄的數值改成自己的長度就能使用。
用 Google 試算表計算的方法
| 半長軸 | 30 |
| 半短軸 | 20 |
| 橢圓的面積 | =PI()*B1*B2 |
| 半徑 | 4 |
| 圓的面積 | =PI()*B1^2 |
用 Python 計算的方法
import math
semi_major = 30 # 半長軸(較長的半徑;本例為 cm)
semi_minor = 20 # 半短軸(較短的半徑;和半長軸用相同的單位)
area = math.pi * semi_major * semi_minor # 橢圓的面積(輸入單位的平方;本例為 cm2)
print(f"橢圓的面積:{area} cm2")
用 LaTeX 等數學式語言的寫法(可直接複製)
S = π × a × b
S = \pi a b
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>S</mi>
<mo>=</mo>
<mi>π</mi>
<mo>⁢</mo>
<mi>a</mi>
<mo>⁢</mo>
<mi>b</mi>
</mrow>
</math>
S = pi a b
Pi*a*b
S := Pi*a*b;
S = pi*a*b;
S = πab
S = πr²
S = \pi r^{2}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>S</mi>
<mo>=</mo>
<mi>π</mi>
<mo>⁢</mo>
<msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup>
</mrow>
</math>
S = pi r^2
Pi*r^2
S := Pi*r^2;
S = pi*r^2;
S = πr^2
請 ChatGPT 幫忙計算的方法
你是算術與數學的計算助理。請務必實際執行 Python 程式碼來進行下面的計算,並只根據執行結果的數值回答(不要用心算或推測回答)。 有一個半長軸 30 公分、半短軸 20 公分的橢圓。 請求出這個橢圓的面積是多少平方公分(圓周率請用 math.pi)。 請列出計算用的公式和執行結果的數值。
使用方法
-
1輸入數值在輸入欄中輸入要計算的數值
-
2計算按下「計算」按鈕
-
3查看結果計算結果會立即顯示。計算的思路和公式的解說,也都能在同一個頁面查看
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