圆弓形是圆盘的一部分,其上边界是(圆)弧,下边界是弦,弦对着圆心角 弧度 (
),如上图阴影区域所示。整个楔形区域被称为扇形。
圆弓形在 Wolfram 语言中以如下方式实现DiskSegment[x, y
, r,
q1, q2
]. 椭圆弓形也以类似方式实现为DiskSegment[
x, y
,
r1, r2
,
q1, q2
].
设 为圆的半径,
为弦长,
为弧长,
为弧形部分的高度,
为三角形部分的高度。则半径为
(1)
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弧长为
(2)
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高度 为
(3)
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(4)
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(5)
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弦的长度为
(6)
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(7)
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(9)
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(10)
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(11)
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(12)
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(13)
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(阴影)弓形的面积 可以简单地通过扇形(整个楔形部分)的面积减去底部三角形部分的面积得到,
(14)
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代入得到
(15)
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(16)
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(17)
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(18)
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其中使用了等腰三角形面积关于多边形顶点角的公式 (Beyer 1987)。这些公式在确定圆柱弓形(即卧式圆柱罐)中流体体积的常见情况下得到应用,基于罐中流体的高度。
面积也可以通过积分直接求得,如下
(19)
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由此得出 的加权平均值为
(20)
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(21)
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因此圆弓形的几何质心为
(22)
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检查表明,这符合半圆的正确极限 (半圆
) 以及弓形顶部质点的极限
(
)。
找到使得圆弓形(左图)面积等于圆的 1/4(右图)的高度 的值,有时被称为四分之一罐问题。
弧长和面积的近似公式为
(23)
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在 范围内精确到 0.3%,以及
(24)
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在 范围内精确到 0.1%,在
范围内精确到 0.8% (Harris and Stocker 1998)。