立体角计算公式
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立体角在国家法定计量单位所采用的国际单位制(SI)中,除了7个基本单位外,还有两个辅助单位,一个是平面角(一般简称角度),一般记为希腊小写字母α等,单位为弧度,记为rad,另一个是立体角,记为大写希腊字母Ω,单位为球面度,记为sr。
立体角涉及光度学、电磁辐射、球面天文学等许多领域的基本概念,如(热、光或其它电磁波、声音或其它机械波的)辐射通量、星座所占天球区域的“面积”(实际为立体角)大小等等,因此立体角概念本身的重要意义和实用价值不言而喻,可谓理解客观世界的空间形式和许多科学原理的一把钥匙。
通常的初等数学教育对平面角讲得很详尽,但对立体角的介绍则远不充足。
对三维空间、立体几何有兴趣者,不妨读读本文,希望您有所获益。
您斧正拙文之谬误、拓展和深化拙文所涵盖的内容,尤为笔者所企冀。
平面上,多边形内角和可表为(n-2)π,那么相应地,多面体内立体角之和如何?答曰:它在一定区间内变化,关于这一点,以后再展开叙述。
1、立体角定义与量度1.1立体角的概念当我们看到远处的两个物体,欲表达其相对方位时,用从这两个物体到眼睛的视线之间的夹角这个概念。
例如,可以选择月亮的上边缘顶点与下边缘顶点,由人眼到这两个点的视线之间的夹角较为稳定,可以称为月亮的“视直径”。
而当形容“挂在树梢上的月亮像月饼这么大”时,人们就一面犯了错误,一面已经在冥冥之中与立体角概念的幽灵相接近。
月亮、月饼当然不一样大,而且大小相差悬殊,但是当月饼与人眼之间为一定距离时,看起来它的确跟月亮“差不多一般大”。
月饼比月亮小得多,但当把月饼放在眼前时,它却能完全挡住月亮,这样就清楚了,随着距离变远,形象就变小。
这不仅是“视直径”的变化,其实也是另一个量,“立体角”的变化。
假设制作一个代表立体直角坐标系的三维“十字架”,使之穿过两个半径相差一倍的同心球面,球心在坐标系原点,自球心发出无数条射线,这些射线在球面上的投影点形成一条连续的闭合的曲线,那么这样的一条曲线在小球面上所限定的面积为在大球面上所限定面积的1/4。
立体角计算公式立体角,又称夹角、内角、拱角,是指在立体空间内三条曲线汇合成的一种特殊的角,它体现了空间几何学的概念。
它的计算通常使用三角函数和立体几何的相关参数。
立体角的计算都是围绕着一个拱角内三个平面之间的夹角来完成的。
基本计算公式二维平面立体角的计算公式如下:夹角=sin-1[(b x c)/(|b||c|)]其中,b和c是向量,|b|和|c|分别是b和c的模长,x表示叉乘。
三维平面立体角的计算公式如下:夹角=cos-1[(a x b)c/(|a||b||c|)]其中,a、b和c是向量,|a|、|b|和|c|分别是a、b和c的模长,x和表示叉乘和点乘。
立体几何计算公式立体几何的计算公式可以用来表示立体角的特性,以此来计算夹角的大小。
1.体积公式:V=abc其中,a、b和c是三条曲线汇合处的长度或边长,V表示立体角的体积。
2.表面积公式:S=ab+bc+ca其中,a、b和c是三条曲线汇合处的长度或边长,S表示立体角的表面积。
3.距离公式:D=√(a+b+c)其中,a、b和c是三条曲线汇合处的长度或边长,D表示立体角的距离。
4.角平分公式:α/β/γ=a/b/c其中,α、β和γ是各角的大小,a、b和c是三条曲线汇合处的长度或边长。
5.体积中垂线公式:V=abc sin其中,V表示立体角的体积,a、b和c是三条曲线汇合处的长度或边长,α表示立体角的内角大小。
立体角的应用立体角计算公式广泛应用于几何学、机械工程、电子学等领域,它可以用来计算空间坐标系的定位,构建复杂的几何体,也可用来测量空间距离、角度、体积等。
比如,在机械结构设计中,立体角的计算公式可以用来计算连接的螺栓的角度、位置和大小,为准备安装和维护机械设备提供依据。
在电子工程中,立体角的计算公式也可以用来计算电子元件之间的位置、距离和角度,这些参数对正确构建电子系统非常重要。
总结立体角是一种有三条曲线汇合而成的特殊角,它体现了空间几何学的概念。
空间中的立体角与球体积在数学中,立体角和球体积是两个重要的概念。
立体角是用来描述在三维空间中某一点所“看到”的角度,而球体积则是用来计算球体的大小。
本文将会介绍立体角和球体积的定义、性质以及计算方法。
一、立体角的定义与性质立体角指的是一个位于点O的顶点的锐角α,它的两条边分别由线段OA和线段OB所确定,其中A和B是以点O为顶点的两条射线。
立体角的大小可以用弧度或者度数来表示,但在数学中通常使用弧度来度量。
在确定了立体角的顶点和两条边之后,我们可以根据它的性质进行一些推导。
首先,立体角的大小与两条边的长度有关,边长越长,立体角越大。
其次,如果两个立体角的两边分别相等,并且夹角相同,那么这两个立体角是相等的。
在实际应用中,立体角可以用来描述物体在三维空间中的可见区域。
例如,当我们观察一个立体体验馆时,立体角可以告诉我们从不同视角可以看到的区域大小,帮助我们设计出更好的观测点和方案。
二、球体积的定义与计算方法球体积是用来衡量球体大小的指标,也是计算球体容量的重要参数。
球体积的计算公式如下:V = (4/3)πr^3其中,V表示球体的体积,r表示球体的半径,π是一个常数,约等于3.14159。
根据这个公式,我们可以很方便地计算出球体的体积。
需要注意的是,球体积的计算仅适用于完全球形的物体。
对于不规则的球体,我们可以使用近似的方法来计算其体积。
三、立体角与球体积的应用举例立体角和球体积在现实生活中有着广泛的应用。
以下是一些典型的例子:1. 天文学定量研究:立体角可以用来计算恒星发出的光线经过望远镜或者其他仪器的可见角度,从而帮助天文学家测量恒星的亮度和距离。
2. 建筑设计:立体角可以用来评估建筑物的采光效果,设计出合理的窗户和采光设备,提供良好的自然光线环境。
3. 地理测量:利用球体积的计算方法,可以测量海洋、湖泊和其他不规则地形的容量,为水资源管理和环境保护提供重要参考数据。
4. 物流与运输:立体角可以帮助优化货物装载方案,最大限度地利用运输工具的容量,提高运输效率。
立体角的单位一、引言立体角是空间中一个重要的数学概念,用于描述在三维空间中的角度大小。
本文将介绍立体角的基本概念、表示方法和计算方式,并探讨其单位。
二、立体角的基本概念1.立体角是指以某一点为顶点,其余两条射线为边界所夹的空间区域。
2.立体角的大小与边界上的两条射线的夹角和两条射线的长度有关。
3.立体角的大小可以表示为实数,也可以表示为平面角的度量单位。
三、立体角的表示方法1.立体角常用字母表示,如常用的有α,β,γ等。
2.立体角也可以用弧度制表示,以弧度为单位的立体角常用符号为sr。
3.若以平面角的度量单位表示,立体角的单位为平方角度(square degrees)。
四、立体角的计算方式1.若已知两条边界射线的长度和夹角,可以通过计算公式求解立体角的大小。
2.计算公式为:立体角 = 射线1长度 * 射线2长度 * sin(夹角) / (射线1长度 * 射线2长度)。
3.在实际计算中,可以利用三角函数的性质简化计算过程,例如利用正弦定理等。
五、立体角的单位1.立体角的国际单位制(SI)单位为立体弧度(steradian,简写为sr)。
2. 1 steradian等于一个球体表面上的一个面积等于球心角为1弧度的球形面片的面积。
3. 1 steradian等于4π平方弧度,约等于57.3平方度,即1 steradian大约等于3282.8平方角度。
六、立体角的应用1.立体角在物理学、光学、工程学等领域有广泛的应用。
2.在物理学中,立体角常用于描述辐射物体发出的光线包围的空间。
3.在光学中,立体角可用于描述从一个点光源发出的光线在空间中的分布情况。
4.在工程学中,立体角可用于描述声音的衰减、辐射场等。
七、总结立体角作为描述空间角度大小的概念,在数学和应用学科中都有重要的意义。
本文介绍了立体角的基本概念、表示方法和计算方式,并详细探讨了其单位。
立体角的单位为立体弧度(steradian),是国际单位制中常用的角度单位之一。
圆锥体积与立体角的关系
圆锥体积指的是圆锥所包含的三维空间的体积。
而立体角则是空间中的一个角,它的大小与空间中的一个立体图形的面积成正比。
在圆锥中,圆锥顶角所对应的立体角是一个锥角。
在计算圆锥体积的过程中,我们需要用到锥的底面积和锥的高度。
底面积可以使用圆的面积公式来计算,即底面积=πr,其中r 为底面半径。
而锥的高度则指的是圆锥顶点到圆锥底面的距离,我们需要知道这个距离才能计算圆锥的体积。
关于立体角,我们可以使用球面三角学中的公式来计算。
对于一个圆锥,其所对应的立体角可以表示为:
Ω = 2π(1-cos(α/2))
其中Ω表示立体角的大小,α表示锥角的大小。
这个公式可以帮助我们计算出圆锥所包含的立体角。
通过上述公式,我们可以看到圆锥的体积和立体角之间存在着一定的关系。
当我们知道了圆锥的底面积和高度,就可以计算出其体积,而当我们知道了圆锥的锥角大小,就可以计算出对应的立体角大小。
因此,在数学和几何学中,圆锥体积和立体角常常会联系在一起。
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正方体公式大总结正方体是一种具有六个相等的正方形面的立体,每个面都是一个正方形,每一对相对的面平行且相等。
正方体是具有许多特性和属性的几何体,其体积、表面积、对角线长度等都可以通过一些特定的公式来计算。
1. 体积公式:正方体的体积是指其内部所能容纳的空间大小,可以通过边长来计算。
正方体的体积公式为:V = a³,其中V表示体积,a表示正方体的边长。
这个公式表明了正方体的体积是其边长的三次方。
通过这个公式,可以轻松地计算出正方体的体积。
2. 表面积公式:正方体的表面积是指其所有面的总面积之和,可以通过边长来计算。
正方体的表面积公式为:S = 6a²,其中S表示表面积,a表示正方体的边长。
这个公式表明了正方体的表面积是其边长的平方乘以6。
通过这个公式,可以求得正方体的表面积。
3. 对角线长度公式:正方体的对角线长度是指通过正方体相对的两个顶点所形成的线段的长度,可以通过边长来计算。
正方体的对角线长度公式为:d = a√3,其中d表示对角线长度,a表示正方体的边长。
这个公式表明了正方体的对角线长度是其边长乘以√3。
通过这个公式,可以求得正方体的对角线长度。
4. 立体角公式:正方体的立体角是指其相邻三个面所形成的角,可以通过边长来计算。
正方体的立体角公式为:α = arccos(-⅓),其中α表示立体角,arccos表示反余弦函数。
这个公式表明了正方体的立体角是acos(-1/3)。
通过这个公式,可以求得正方体的立体角。
5. 中心角公式:正方体的中心角是指其相邻三个面所形成的角的中心角度,可以通过边长来计算。
正方体的中心角公式为:θ = arccos(-½),其中θ表示中心角,arccos表示反余弦函数。
这个公式表明了正方体的中心角是acos(-1/2)。
通过这个公式,可以求得正方体的中心角。
以上就是正方体的一些常用公式,通过这些公式可以方便地计算出正方体的体积、表面积、对角线长度、立体角和中心角等属性。
在立体几何中,正弦(sin)函数主要用于求解三角形和多面体的一些问题。
在立体几何中,以下是一些与正弦相关的公式:1. **球面三角形正弦定理**:若 A、B、C 为一个球面三角形的三个角,a、b、c 分别表示它们的对边所对应的圆心角,那么球面三角形的正弦定理为: sin(A)/sin(a) =sin(B)/sin(b) = sin(C)/sin(c)注:这个公式适用于球面三角形,与平面几何中的正弦定理类似。
1. **立体角的正弦定义**:立体角是一个与立体几何中的多面体相关的概念,它衡量了多面体所占据的空间。
给定四面体 O-ABC,则立体角 O-ABC 的正弦定义为:sin(O-ABC) = 1/2 \* BC \* sin(<BOC) / \[ob \* oc\]这里,标记 O-ABC 表示立体角(O):由顶点O、点A、点B以及点C弧形所围成的多面体;<> 表示角度,ob 表示OB的长度,以此类推。
1. **三棱锥体积公式**:通过正弦公式,我们可以计算任意三棱锥的体积。
假设三棱锥 ABCM 的底面三角形 ABC,底面角分别是 A、B 和 C,底面边分别为 a、b、c。
令M 分别与底面三角形的三条边分别交于 D、E、F,那么过顶点 M 垂直于底面 ABC 的高 H:V = ⅓ \* S \* H = ⅓ \* \[(a / 2) \* sin(A)\] \* H = ⅓ \* \[(b / 2) \* sin(B)\] \* H = ⅓ \* \[(c / 2) \* sin(C)\] \* H其中 V 表示三棱锥的体积,S 表示底面三角形的面积,H 表示高。
这个公式可以帮助我们计算立体几何中任意三角锥的体积。
以上是立体几何中与正弦函数相关的一些公式。
使用这些公式,可以解决许多立体几何问题。
立体几何夹角余弦公式
立体几何夹角余弦公式是一门有关数学理论的重要运算,它丰富了我们对空间物理和数学性能的认识,受到了越来越多科学家和学者的重视。
立体几何夹角余弦公式是利用向量空间的三维空间应用的三维夹角余弦公式。
它是在等边三角形中,三角形边的模长是a、b、c,则三角形的夹角就可以表示为余弦值,用一个公式表示是:cosC=a^2+b^2-c^2/2ab,这个就是立体几何夹角余弦公式。
立体几何夹角余弦公式应用比较广泛,可以在空间几何、视频游戏开发及室内装饰等几乎所有行业中使用,用于测量夹角,例如在视频游戏中绘制3D图形,让平面多边形和质旋转,它们的运动模式及运动效果的表现都依靠这一公式的计算。
此外,立体几何夹角余弦公式在室内空间设计中也能发挥重要作用,例如维护装饰的整体性等。
几何夹角余弦公式可以用来精确的测量家具的位置,确保每个装饰物的摆放整齐合理,从而塑造出优美、美观大方的室内装饰空间。
总之,立体几何夹角余弦公式涵盖了广泛的应用范畴,不仅受到越来越多科学家、学者以及室内装饰行业人士的欢迎,而且还是家庭便利性、视频游戏体验及室内装饰整体性无可替代的重要理论与工具。
平面对一点立体角的计算方式
平面对一点立体角的计算方式是通过求解平面内一条线段与该点所张成的角来得到。
假设该线段端点为A,点为O,且点O不在线段AB 所在直线上。
首先,通过计算线段OA和线段OB的长度,得到两个向量OA和OB。
然后,计算向量OA和向量OB的内积,再除以向量OA和向量OB的模的乘积,即可得到平面对点O立体角的计算结果。
也可以使用坐标表示的方法,给线段AB确定一个坐标系,然后通过计算点O 与坐标原点和线段的两个端点所形成的三个向量之间的积来求解立体角。
立体角和球面角的计算立体角是用来度量几何体内部的角度的概念,常用于计算体积、投影面积等几何问题。
球面角是度量球面上的角度的概念,常用于计算球体表面积、球冠体积等球面几何问题。
在本文中,我们将介绍立体角和球面角的计算方法。
一、立体角的计算立体角是用立体上两条射线之间的夹角来度量的。
在三维空间中,可以通过将立体分割为多个小面元,再计算每个小面元上的角度之和来获得立体角。
以下是几种常见的立体角计算方法:1. 平面上的立体角对于平面上的立体角,可以通过计算其边界上的线段与原点之间的夹角来求得。
具体计算步骤如下:- 将平面分割成多个小区域,如三角形、四边形等。
- 计算每个小区域的边界上的线段与原点之间的夹角。
- 将每个小区域的夹角相加,得到平面的立体角。
2. 立体图形的立体角对于立体图形,可以通过计算其面上的法线与原点之间的夹角来求得立体角。
具体计算步骤如下:- 将立体图形划分为多个小面元,每个小面元的面积为A。
- 计算每个小面元的法线与原点之间的夹角。
- 根据每个小面元的夹角和面积,计算每个小面元上的立体角。
- 将每个小面元上的立体角相加,得到立体图形的立体角。
二、球面角的计算球面角是度量球面上某一部分的大小的概念。
在球面几何学中,可以通过计算球面上两条弧的夹角来求得球面角。
以下是几种常见的球面角计算方法:1. 以球心为顶点的球面角对于以球心为顶点的球面角,可以通过计算球心到两条弧的夹角来求得。
具体计算步骤如下:- 已知球心和两条弧的切点,计算球心到切点的距离为R。
- 计算球心到两条弧的夹角。
- 根据夹角和球半径R,计算球面角。
2. 不以球心为顶点的球面角对于不以球心为顶点的球面角,可以通过计算两个球心角和球半径的乘积来求得。
具体计算步骤如下:- 已知两条弧上的两个切点与球心的连线长度分别为r1和r2。
- 计算两个切点到球心的连线与球半径的夹角。
- 根据两个夹角和球半径R,计算球面角。
总结:立体角和球面角是重要的几何概念,用于度量立体体积和表面积。
圆锥立体角公式
圆锥立体角是几何学中的一个重要概念,用来描述在圆锥顶点处的视觉范围。
通过圆锥立体角公式,我们可以计算出圆锥顶点处所能够看到的空间范围。
圆锥立体角公式是由圆锥的底面半径和顶点到底面的距离决定的。
根据该公式,圆锥立体角等于圆锥底面上任意一点与圆锥顶点连线的夹角的总和。
圆锥立体角公式可以用于解决许多实际问题。
例如,我们可以利用该公式计算出一个人站在山顶上所能够看到的全景范围。
我们可以通过测量山顶到地面的距离以及山顶周围的地形高度来计算出圆锥立体角,从而确定人站在山顶上所能够看到的地理景观。
另一个应用圆锥立体角公式的例子是在建筑设计中。
建筑师可以利用该公式来确定建筑物的设计高度,以确保建筑物内部的空间能够得到足够的自然光线。
通过计算建筑物顶部到地面的距离以及建筑物周围的环境光照强度,建筑师可以确定建筑物的顶部应该有多高,以保证室内空间能够获得适当的光线。
除了上述例子,圆锥立体角公式还有许多其他应用。
例如在天文学中,我们可以使用该公式来计算天体的亮度或辐射范围。
在计算机图形学中,圆锥立体角公式被用来计算三维模型的投影范围。
圆锥立体角公式是一个非常有用的工具,可以帮助我们解决许多与
视觉范围和空间感知有关的问题。
通过了解和运用该公式,我们可以更好地理解和利用几何学在各个领域中的应用。
希望通过本文的介绍,读者对圆锥立体角公式有更深入的了解,并能够将其运用到实际问题中。
立体角公式
在球坐标系中,任意球面的极小面积为:
因此,极小立体角(单位球面上的极小面积)为:
所以,立体角是投影面积与球半径平方值的比,这和“平面角是圆的弧长与半径的比”类似。
对极小立体角做曲面积分即可得立体角:
任意定向曲面的立体角
任意定向曲面 相对于某一个点
的立体角,即为该曲面投影到以 为球心的单位球面上的面积。
令 为该单位球面上以 为原点的极小面积的位置向量,可以得到以下公式:
立体角的单位
立体角的国际制单位是球面度(steradian ,sr )。
立体角有一个非国际制单位平方度,1 sr = (180/π)2 square degree 。
封闭曲面的立体角
一个完整的球面对于球内任意一点的立体角为4π sr (对于球外任意一点的立体角为0 sr ):
这个定理对所有封闭曲面皆成立,它也是高斯定律的主要依据[2]。
光度立体法计算公式(一)光度立体法计算公式本文将介绍光度立体法计算公式,包括定义、相关公式以及示例解释。
光度立体法是一种计算物体亮度、表面亮度分布的方法,常用于光学工程、摄影学和人眼视觉等领域。
1. 定义光度立体法是根据物体单位面积上发射或反射出的光通量来计算亮度分布的方法。
它基于光通量与单位面积上的光亮度之间的关系,通过将物体视为一组微小面元的集合,对每个面元的光通量进行积分来计算整个物体的亮度分布。
2. 计算公式光度立体法包括以下两个关键公式:光通量公式光通量(Luminous Flux)是指单位时间内通过某个表面的光功率,用单位流明(lm)表示。
光通量与亮度之间的关系可以通过以下公式表示:L = Ω * I其中,L为光通量(lm),Ω为立体角(sr),I为光亮度(cd/m²)。
立体角公式立体角(Solid Angle)是指空间中某点在球面上所覆盖的面积与球半径平方之比,用单位球面度(sr)表示。
立体角与视角之间的关系可以通过以下公式表示:Ω = A / r²其中,Ω为立体角(sr),A为表面面积(m²),r为物体到观察点的距离(m)。
3. 示例解释假设有一个球形灯泡,半径为,发射出的光通量为1000lm。
我们想要计算离灯泡表面的某一点在该球面上所覆盖的立体角,以及该点的光亮度。
首先,我们可以通过立体角公式计算出该点的立体角。
假设表面面积为1m²,距离观察点的距离为1m,则立体角为:Ω = 1 / 1² = 1 sr接下来,我们可以利用光通量公式计算出该点的光亮度。
将光通量和立体角代入公式中,可得:I = L / Ω = 1000 lm / 1 sr = 1000 cd/m²因此,该点的光亮度为1000 cd/m²。
总结光度立体法是一种计算物体亮度、表面亮度分布的方法。
通过光通量公式和立体角公式,我们可以计算物体的光亮度分布。
立体角公式
立体角公式是描述物体或空间中某一部分俯视角度或覆盖面积大小的公式。
在几何学中,立体角是四维空间中一个方向上的角度,类似于三维空间中的角度。
由于立体角的定义涉及到高维空间,因此它们通常更难以理解和计算。
常见的立体角公式如下:
1.球面角公式。
球面角公式用于计算圆锥、圆柱等等立体角。
如果一个面对着半径为r的球面,那么它的立体角θ可以根据如下公式计算:
θ=S/r²。
其中S是这个面所覆盖球面的表面积。
2.多面角公式。
多面角公式用于计算由多个平面相交而成的角。
如果一个多面体有m 个面,并且每个面的立体角为θ₁,θ₂,…,θm,那么它的总立体角可以根据如下公式计算:
Ω=(θ₁+θ₂+…+θm)-(m-2)π。
这里的“m-2”表示公式中所有独立的棱和点的数量之和。
3.双曲面角公式。
双曲面角公式用于计算双曲面上两个点之间的角度大小。
如果在双曲面上,一个点与另一个点之间的距离为d,那么夹角α可以根据如下公式计算:
cos α = cosh² d₁ + cosh² d₂ - cosh² d / 2sinh d₁ sinh d₂。
其中cosh和sinh是双曲函数。
总之,立体角是描述物体或空间中某一部分俯视角度或覆盖面积大小的概念,其计算公式有多种形式,具体可以根据需要选择相应的公式进行计算。
立体图形的内角和外角求解立体图形是我们日常生活中常见的物体,它们具有多个面、棱和顶点。
在几何学中,我们经常需要计算立体图形的各种属性,内角和外角是其中之一。
本文将介绍如何求解立体图形的内角和外角。
一、内角的求解内角是指两条相邻棱之间的夹角,是我们分析和计算立体图形的基本要素之一。
下面将分别介绍求解三种常见几何立体图形的内角方法。
1. 三角形的内角求解三角形是最简单的几何立体图形,它由三条边和三个内角组成。
根据三角形的特性,三个内角的和始终等于180度。
我们可以通过以下公式计算三角形的内角:内角1 + 内角2 + 内角3 = 180度2. 四边形的内角求解四边形是由四条边和四个内角组成的立体图形。
要计算四边形的内角,我们可以采用两种方法:使用公式或分解成三角形进行计算。
第一种方法是使用公式:四边形的内角和等于360度。
即内角1 + 内角2 + 内角3 + 内角4 = 360度第二种方法是将四边形分解成两个三角形,并使用之前提到的三角形内角求解方法进行计算。
3. 多边形的内角求解多边形是边的数目大于四的立体图形。
要计算多边形的内角,我们可以使用以下公式:内角和 = (n - 2) × 180度其中,n表示多边形的边的数目。
通过这个公式,我们可以轻松地计算出多边形的内角和。
二、外角的求解外角是指一个多边形内部的一条边与与之相邻的另外两条边所成的夹角,通常用于分析多边形的几何特性。
下面将介绍如何求解多边形的外角。
1. 多边形的外角求解要计算多边形的外角,我们可以使用以下公式:外角 = 360度 / n其中,n表示多边形的边的数目。
通过这个公式,我们可以得到多边形的每个外角的度数。
从以上介绍可以看出,求解立体图形的内角和外角是非常简单和直接的。
我们只需要记住各种多边形的内角和外角的计算公式,就能够轻松求解。
结论立体图形的内角和外角是几何学中常见的概念,对于分析和计算立体图形的特性至关重要。
通过本文的介绍,我们学习了三角形、四边形和多边形内角的求解方法,以及多边形外角的求解方法。
立体角计算公式
摘要:本文应用数学工具,推导出灯具在两个相互垂直方向上的发光角同立体角之间的关系。
关键词:立体角,发光角。
0引言
光强度是照明工程中的一个重要术语,其定义是“光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量”,一般以I 表示。
若在某微小立体角d Ω内的光通量为d Φ(ψ,θ),则该方向上的光强为:
I (ψ,θ)=d Φ(ψ,θ)/d Ω。
式中,d Ω的单位为sr (球面度),光强的单位为cd (坎德拉,烛光)。
1 cd=1 lm/sr 。
但关于立体角的计算方法,照明教材及各类文献中却没有述及。
这给从事照明工程的专业技术人员带来很大的困惑。
1立体角的定义
将弧度表示平面角度大小的定义(弧长除以半径)推广到三维空间中,定义“立体角”为:球面面积与半径平方的比值。
即:Ω=
2r
A
图1平面角(单位:弧度rad ) 图2立体角(单位:球面度sr )
2立体角的计算
设灯具在两个相互垂直方向上的发光角为2α和2β,求其所对应的立体角的大小。
设0<2α<π,0<2β<π
不失一般性,设球体半径为单位长度1,坐标原点在球心,坐标轴方向如图。
根据定义,只须求出两角所夹球面的面积,即是立体角的大小。
由于对称性,只需求出第一卦限内的面积再乘以4即可。
图3 计算示意图
曲面面积计算公式为: A=
⎰⎰
∂∂+∂∂+D
y
z x z 2
2)()(
1dxdy (1) 上半球球面方程为:
Z=2
21y x -- (2)
由
x z ∂∂=221y
x x --- (3)
221y
x y
y z ---=
∂∂ (4) 得 222211)()(
1y
x y z x z --=∂∂+∂∂+ (5)
代入(1)式得: A=
⎰⎰
--D
y
x dxdy 2
2
1 (6)
利用极坐标,得: A=
⎰⎰
-D
r
rdrd 2
1θ (7)
易知,积分区域在xy 平面上的投影是由两条椭圆曲线围成,方程分别为:
α
2
2sin x +y 2
=1 (8) x 2
+β
22sin y =1 (9)
交点坐标(
βαβα22sin sin 1cos sin -,
β
αα
β22sin sin 1cos sin -)
φ1=arctg αβ
tg tg (10)
φ2=arctg β
α
tg tg (11)
将x=rcos Φ,y=rsin Φ带入(8)、(9)式,得极坐标表示的边界方程为: α
22
2sin cos sin 11Φ+
Φ=
r (12)
β
22
2sin sin cos 12Φ+
Φ=
r (13)
图4 xy 面投影
根据对称性,有:
A=4(A1+A2) (14) A1=⎰
⎰-ΦΦ1
02
1
1r r rdr d A2=
⎰
⎰
Φ-Φ2
2
2
1r r
rdr
d
于是, A1=10
1
021(r r d ⎰Φ--Φ
=
⎰
ΦΦ+
Φ-
-1
22
2sin cos sin 111(α
)d Φ
=Φ1-⎰
ΦΦ+Φ-1
0222
2cos sin sin sin 1αα
d Φ =Φ1-
⎰ΦΦ+Φ-Φ
Φ1
2
2
2
sin sin sin 1cos cos ααd
设t=sin Φ,则cos Φd Φ=dt A1=Φ1-⎰
Φ-1sin 0
2
2
cos 1cos t
dt αα =Φ1-⎰
Φ-1
sin 0
2
2cos /1t
dt
α =Φ1-arcsin(cos α·t)
1sin 0
Φ
=Φ1-arcsin(cos αsin Φ1) (15) 同理,
A2=Φ2-arcsin(cos βsin Φ2) (16)
带入(14)式,得出最终结果:
A=4(arctg
αβtg tg -arcsin(cos αsin(arctg αβ
tg tg )) +arctg βαtg tg -arcsin(cos βsin(arctg β
α
tg tg ))) (17)
特别地,当α=β时,Φ1=Φ2=π/4, A1=A2=π/4-arcsin(cos α/2)
3数值结果
参考文献
⑴周太明等,电气照明设计,复旦大学出版社,2001,11
⑵同济大学数学教研室,高等数学,高等教育出版社,1998,12
⑶陈大华等译,光源与照明(第四版),复旦大学出版社,2000,1
注:本文发表于《中国照明学会(2005)学术年会论文集》,2005.9·上海。