圆周长
yuán zhōu cháng
圆周长是绕圆一整圈的距离,等于 $\pi$ 乘以直径,或两倍 $\pi$ 乘以半径。
Formula
C = 2\pi r = \pi d
Definition
圆周长是绕圆一整圈的距离,是圆版本的周长:$C = \pi d$,其中 $d$ 是直径,等价地对半径为 $r$ 的圆,$C = 2\pi r$。恒定的比值 $C/d = \pi$ 对每个圆都成立,这正是几何上对 $\pi$ 本身的定义,同样的公式给出整圆的弧长;对于圆心角为 $\theta$(弧度制)的一段弧,弧长为 $r\theta$,是圆周长的一个直接成比例的切片。作为弧长积分,$$C = \int_0^{2\pi} \sqrt{(r\sin t)^2 + (r\cos t)^2} \, dt = r \cdot 2\pi.$$ 在非欧几何中,这个公式会发生变化:在曲率为 $K$ 的球面上,$C = 2\pi r_g$,其中 $r_g$ 是测地半径,对于较小的 $r$,修正项的量级为 $O(r^3)$。
Example
直径为 $10$ cm 的圆,周长 $C = 3.14 \times 10 = 31.4$ cm;半径为 $30$ cm 的轮胎,转一整圈行进 $C = 2 \times 3.14 \times 30 = 188.4$ cm。直径为 $400$ m 的圆形跑道,每圈 $C = \pi \times 400 = 1256.6$ m,所以 $10$ 圈共 $12{,}566$ m $= 12.57$ km。在半径为 $R$ 的球面上,距极点测地距离为 $r$ 的小圆的周长为 $C = 2\pi R \sin(r/R)$,当 $r/R \to 0$ 时趋近于 $2\pi r$,还原为平面上的结果。
Key Insight
无论圆有多大或多小,它的周长除以直径恒等于 $\pi$(约 $3.14159$),这正是圆在所有图形中与众不同的地方。曲面空间中周长与 $2\pi r$ 的偏差,由伯特兰-迪盖-皮索定理与高斯曲率联系在一起;物理学家正是通过测量这种偏差来探测大质量天体附近时空的曲率。