角度轉換器

角度 — 從度到微角秒

掌握數學、天文學、導航和工程中的角度單位。從度到弧度,從角分到密位,理解旋轉以及這些數字在實際應用中的意義。

為什麼是 360 度?塑造今日數學的巴比倫遺產
本轉換器處理 30 多種角度單位,從度(每圈 360°,巴比倫 60 進位制的遺產)到弧度(每圈 2π,微積分的自然單位)、梯度(每圈 400,公制度量嘗試)、角分/角秒(天文精度,蓋亞衛星可達微角秒)、軍用密位(北約 6400/圈,用於彈道學)及專用單位(坡度 %、羅盤方位點、黃道星座)。角度測量兩條線之間的旋轉——對於導航(羅盤方位)、天文學(恆星位置)、工程(坡度計算)和物理學(三角函數需要弧度才能求導:d/dx(sin x) = cos x 僅在弧度中成立!)至關重要。關鍵見解:π 弧度 = 180° 整,所以 1 弧度 ≈ 57.3°。請務必檢查您的計算機是處於度數還是弧度模式!

角度基礎

角度 (θ)
兩條線之間的旋轉量度。常用單位:度 (°)、弧度 (rad)、梯度 (grad)。完整旋轉 = 360° = 2π rad = 400 grad。

什麼是角度?

角度測量兩條線之間的旋轉或轉動。想像一下開門或轉動輪子。以度 (°)、弧度 (rad) 或梯度為單位測量。360° = 完整圓周 = 一次完整旋轉。

  • 角度 = 旋轉量
  • 完整圓周 = 360° = 2π rad
  • 直角 = 90° = π/2 rad
  • 直線 = 180° = π rad

度 vs 弧度

度:將圓周分為 360 份(歷史原因)。弧度:基於圓的半徑。2π 弧度 = 360°。弧度在數學/物理學中是「自然」的。π rad = 180°,所以 1 rad ≈ 57.3°。

  • 360° = 2π rad (完整圓周)
  • 180° = π rad (半圓)
  • 90° = π/2 rad (直角)
  • 1 rad ≈ 57.2958° (轉換)

其他角度單位

梯度:100 grad = 90° (公制角度)。角分/角秒:度的細分單位(天文學)。密位:軍事導航(6400 密位 = 圓周)。每種單位都有特定應用。

  • 梯度:400 grad = 圓周
  • 角分:1′ = 1/60°
  • 角秒:1″ = 1/3600°
  • 密位 (NATO):6400 mil = 圓周
快速要點
  • 完整圓周 = 360° = 2π rad = 400 grad
  • π rad = 180° (半圓)
  • 1 rad ≈ 57.3°,1° ≈ 0.01745 rad
  • 弧度是微積分/物理學的自然單位

單位系統詳解

度數系統

每圈 360°(源於巴比倫 - 約 360 天/年)。細分:1° = 60′ (角分) = 3600″ (角秒)。普遍用於導航、測量和日常使用。

  • 360° = 完整圓周
  • 1° = 60 角分 (′)
  • 1′ = 60 角秒 (″)
  • 對人類友好,具歷史性

弧度系統

弧度:弧長 = 半徑。2π rad = 圓周長/半徑。是微積分(sin, cos 導數)的自然單位。物理學、工程學標準。π rad = 180°。

  • 2π rad = 360° (精確值)
  • π rad = 180°
  • 1 rad ≈ 57.2958°
  • 數學/物理學的自然單位

梯度與軍用系統

梯度:400 grad = 圓周(公制角度)。100 grad = 直角。密位:軍事導航 - 北約使用 6400 密位。蘇聯使用 6000。存在不同標準。

  • 400 grad = 360°
  • 100 grad = 90° (直角)
  • 密位 (NATO):每圈 6400
  • 密位 (USSR):每圈 6000

角度的數學

關鍵轉換

rad = deg × π/180。deg = rad × 180/π。grad = deg × 10/9。在微積分中務必使用弧度!三角函數的導數需要弧度。

  • rad = deg × (π/180)
  • deg = rad × (180/π)
  • grad = deg × (10/9)
  • 微積分需要弧度

三角學

sin, cos, tan 將角度與比率聯繫起來。單位圓:半徑=1,角度=θ。點坐標:(cos θ, sin θ)。對物理學、工程學、圖形學至關重要。

  • sin θ = 對邊/斜邊
  • cos θ = 鄰邊/斜邊
  • tan θ = 對邊/鄰邊
  • 單位圓:(cos θ, sin θ)

角度加法

角度正常加減。45° + 45° = 90°。完整旋轉:加/減 360° (或 2π)。使用模運算進行循環計算:370° = 10°。

  • θ₁ + θ₂ (正常加法)
  • 循環:θ mod 360°
  • 370° ≡ 10° (mod 360°)
  • 負角度:-90° = 270°

常用角度

角度弧度備註
0 rad無旋轉
銳角30°π/6正三角形
銳角45°π/4半個直角
銳角60°π/3正三角形
直角90°π/2垂直,四分之一轉
鈍角120°2π/3六邊形內角
鈍角135°3π/4八邊形外角
平角180°π半圓,直線
優角270°3π/2四分之三轉
周角360°完整旋轉
角秒1″4.85 µrad天文學精度
毫角秒0.001″4.85 nrad哈勃望遠鏡解析度
微角秒0.000001″4.85 prad蓋亞衛星

角度等值表

描述弧度梯度
完整圓周360°2π ≈ 6.283400 grad
半圓180°π ≈ 3.142200 grad
直角90°π/2 ≈ 1.571100 grad
一弧度≈ 57.296°1 rad≈ 63.662 grad
一度≈ 0.01745 rad≈ 1.111 grad
一梯度0.9°≈ 0.01571 rad1 grad
角分1/60°≈ 0.000291 rad1/54 grad
角秒1/3600°≈ 0.00000485 rad1/3240 grad
北約密位0.05625°≈ 0.000982 rad0.0625 grad

實際應用

導航

羅盤方位:0°=北,90°=東,180°=南,270°=西。軍事上使用密位以求精確。羅盤有 32 個方位點(每個 11.25°)。GPS 使用十進制度數。

  • 方位:從北方起 0-360°
  • 北約密位:每圈 6400
  • 羅盤方位點:32 個 (每個 11.25°)
  • GPS:十進制度數

天文學

恆星位置:角秒級精度。視差:毫角秒。哈勃望遠鏡:約 50 mas 解析度。蓋亞衛星:微角秒級精度。時角:24h = 360°。

  • 角秒:恆星位置
  • 毫角秒:視差、VLBI
  • 微角秒:蓋亞衛星
  • 時角:15°/小時

工程與測量

坡度:百分比等級或角度。10% 等級 ≈ 5.7°。道路設計使用百分比。測量使用度/分/秒。公制國家使用梯度系統。

  • 坡度:% 或度
  • 10% ≈ 5.7° (arctan 0.1)
  • 測量:DMS (度-分-秒)
  • 梯度:公制測量

快速數學

度 ↔ 弧度

rad = deg × π/180。deg = rad × 180/π。快速法:180° = π rad,所以用此比例進行乘除。

  • rad = deg × 0.01745
  • deg = rad × 57.2958
  • π rad = 180° (精確值)
  • 2π rad = 360° (精確值)

坡度轉角度

角度 = arctan(坡度/100)。10% 坡度 = arctan(0.1) ≈ 5.71°。反向:坡度 = tan(角度) × 100。

  • θ = arctan(坡度等級/100)
  • 10% → arctan(0.1) = 5.71°
  • 45° → tan(45°) = 100%
  • 陡峭:100% = 45°

角分

1° = 60′ (角分)。1′ = 60″ (角秒)。總計:1° = 3600″。用於精確計算的快速細分。

  • 1° = 60 角分
  • 1′ = 60 角秒
  • 1° = 3600 角秒
  • DMS:度-分-秒

轉換原理

以度為基礎
先轉換為度,再轉換為目標單位。對於弧度:乘以 π/180 或 180/π。對於特殊單位(坡度),使用 arctan/tan 公式。
  • 步驟 1:來源 → 度
  • 步驟 2:度 → 目標
  • 弧度:deg × (π/180)
  • 坡度:arctan(坡度等級/100)
  • 角分:deg × 60

常用轉換

公式範例
弧度× π/18090° = π/2 rad
弧度× 180/ππ rad = 180°
梯度× 10/990° = 100 grad
角分× 601° = 60′
角分角秒× 601′ = 60″
÷ 360180° = 0.5 轉
% 坡度arctan(x/100)10% ≈ 5.71°
密位 (NATO)× 17.7781° ≈ 17.78 mil

快速範例

90° → rad= π/2 ≈ 1.571 rad
π rad → °= 180°
45° → grad= 50 grad
1° → 角分= 60′
10% 坡度 → °≈ 5.71°
1 轉 → °= 360°

計算題詳解

道路坡度

道路坡度為 8%。角度是多少?

θ = arctan(8/100) = arctan(0.08) ≈ 4.57°。相對平緩的坡度!

羅盤方位

以 135° 方位航行。這是哪個羅盤方向?

0°=北,90°=東,180°=南,270°=西。135° 介於東 (90°) 和南 (180°) 之間。方向:東南 (SE)。

恆星位置

一顆恆星移動了 0.5 角秒。這等於多少度?

1″ = 1/3600°。所以 0.5″ = 0.5/3600 = 0.000139°。極微小的移動!

常見錯誤

  • **弧度模式**:使用弧度時計算機處於度數模式 = 錯誤!檢查模式。在度數模式下的 sin(π) ≠ 在弧度模式下的 sin(π)。
  • **π 的近似值**:π ≠ 3.14 精確值。使用 π 按鈕或 Math.PI。180° = π rad 精確值,不是 3.14 rad。
  • **負角度**:-90° ≠ 無效!負數 = 順時針。-90° = 270°(從 0° 順時針方向)。
  • **坡度混淆**:10% 坡度 ≠ 10°!必須使用反正切。10% ≈ 5.71°,而不是 10°。常見錯誤!
  • **角分 ≠ 時間分鐘**:1′ (角分) = 1/60°。1 min (時間分鐘) = 不同!不要混淆。
  • **完整旋轉**:360° = 0°(相同位置)。角度是循環的。370° = 10°。

有趣的事實

為什麼是 360 度?

巴比倫人使用 60 進位制(六十進制)系統。360 有很多因數(24 個!)。約等於一年 360 天。方便於天文學和計時。它也能被 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12... 整除。

弧度是自然的

弧度由弧長 = 半徑定義。這使得微積分變得優美:d/dx(sin x) = cos x(僅在弧度中成立!)。在度數中,d/dx(sin x) = (π/180)cos x(很亂)。大自然「使用」弧度!

梯度差點普及

公制角度:100 grad = 直角。在法國大革命期間隨公制系統一起嘗試推行。從未流行——度數太根深蒂固。在某些測量領域仍在使用(瑞士、北歐)。計算機上有 'grad' 模式!

毫角秒 = 人類頭髮

1 毫角秒 ≈ 從 10 公里外看一根人類頭髮的寬度!哈勃太空望遠鏡可以分辨約 50 mas。天文學的驚人精度。用於測量恆星視差、雙星。

炮兵用的密位

軍用密位:1 密位 ≈ 1 公里距離處的 1 米寬度(北約:1.02 米,足夠接近)。便於心算估計距離。不同國家使用不同的密位(每圈 6000、6300、6400)。實用的彈道學單位!

直角 = 90°,為什麼?

90 = 360/4(四分之一轉)。但「直」來自拉丁語 'rectus' = 挺直、筆直。直角構成垂直線。對建築至關重要——建築物需要直角才能站立!

角度測量的演變

從古巴比倫天文學到現代衛星精度,角度測量已從實用的計時演變為微積分和量子力學的基礎。儘管弧度具有數學上的優雅,但這個有 4000 年歷史的 360 度圓周慣例仍然佔主導地位。

西元前 2000 年 - 西元前 300 年

巴比倫起源:為什麼是 360 度?

巴比倫人使用六十進制(以 60 為基數)數字系統進行天文學和計時。他們將圓周分為 360 份,因為 360 ≈ 一年的天數(實際上是 365.25 天),而且 360 有 24 個因數——對於分數計算非常方便。

這個以 60 為基數的系統至今仍然存在:每分鐘 60 秒,每小時和每度 60 分。數字 360 的因式分解為 2³ × 3² × 5,可被 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 20, 24, 30, 36, 40, 45, 60, 72, 90, 120, 180 整除——簡直是計算機的夢想!

  • 西元前 2000 年:巴比倫天文學家以度為單位追蹤天體位置
  • 選擇 360° 是因為其可除性和對年份的近似
  • 60 進位制給我們帶來了小時(24 = 360/15)和分/秒
  • 希臘天文學家從巴比倫的星表中採用了 360°

西元前 300 年 - 西元 1600 年

希臘幾何學與中世紀導航

歐幾里得的《幾何原本》(西元前 300 年)正式化了角度幾何學——直角 (90°)、餘角(和為 90°)、補角(和為 180°)。像喜帕恰斯這樣的希臘數學家使用以度為基礎的表格創建了三角學,用於天文學和測量。

中世紀的航海家使用星盤和帶有 32 個方位點(每個 11.25°)的羅盤。海員需要精確的方位;角分 (1/60°) 和角秒 (1/3600°) 應運而生,用於星表和航海圖。

  • 西元前 300 年:歐幾里得的《幾何原本》定義了幾何角度
  • 西元前 150 年:喜帕恰斯創建了第一批三角函數表(度)
  • 1200 年代:星盤使用度數標記進行天體導航
  • 1569 年:麥卡托地圖投影需要保持角度不變的數學

1600 年代 - 1800 年代

弧度革命:微積分的自然角度

當牛頓和萊布尼茲發展微積分時(1670 年代),度數變得麻煩:以度計算 d/dx(sin x) = (π/180)cos x——一個醜陋的常數!羅傑·科茨 (1682-1716) 和萊昂哈德·歐拉正式化了弧度:角度 = 弧長 / 半徑。現在 d/dx(sin x) = cos x,非常優美。

詹姆斯·湯姆森在 1873 年創造了「弧度」(radian) 一詞(源自拉丁語 'radius')。弧度成為了數學分析、物理學和工程學的標準單位。然而,度數在日常生活中仍然存在,因為人們更喜歡整數而不是 π。

  • 1670 年代:微積分揭示度數會產生混亂的公式
  • 1714 年:羅傑·科茨發展了「圓測量」(弧度的前身)
  • 1748 年:歐拉在分析中廣泛使用弧度
  • 1873 年:湯姆森將其命名為「弧度」;成為數學標準

1900 年代 - 至今

精度時代:從密位到微角秒

第一次世界大戰的炮兵需要實用的角度單位:密位誕生了——1 密位 ≈ 1 公里距離處 1 米的偏差。北約標準化為 6400 密位/圈(一個很好的 2 的冪),而蘇聯使用 6000(便於十進制計算)。真正的毫弧度 = 6283/圈。

太空時代的天文學達到了毫角秒的精度(依巴谷衛星,1989 年),然後是微角秒(蓋亞衛星,2013 年)。蓋亞衛星測量恆星視差的精度為 20 微角秒——相當於從 1000 公里外看到一根人類頭髮!現代物理學普遍使用弧度;只有導航和建築仍然偏愛度數。

  • 1916 年:軍事炮兵採用密位進行距離計算
  • 1960 年:國際單位制 (SI) 承認弧度為相干導出單位
  • 1989 年:依巴谷衛星:約 1 毫角秒精度
  • 2013 年:蓋亞衛星:20 微角秒精度——繪製 10 億顆恆星的地圖

專業提示

  • **快速弧度**:π rad = 180°。半個圓!所以 π/2 = 90°,π/4 = 45°。
  • **坡度心算**:小坡度:坡度% ≈ 角度° × 1.75。(10% ≈ 5.7°)
  • **角分**:1° = 60′。手臂伸直時,你的拇指寬度約為 2° ≈ 120′。
  • **負數 = 順時針**:正角度為逆時針。-90° = 順時針 270°。
  • **模循環**:自由加/減 360°。370° = 10°,-90° = 270°。
  • **單位圓**:cos = x,sin = y。半徑 = 1。三角學的基礎!
  • **自動科學記數法**:小於 0.000001° 或大於 1,000,000,000° 的值會以科學記數法顯示,以提高可讀性(對微角秒至關重要!)。

單位參考

常用單位

單位符號備註
°1° (base)基本單位;360° = 圓周。通用標準。
弧度rad57.2958°自然單位;2π rad = 圓周。微積分所需。
梯度 (gon)grad900.000000 m°公制角度;400 grad = 圓周。測量(歐洲)。
轉 (圈)turn360.0000°完整旋轉;1 轉 = 360°。簡單概念。
rev360.0000°與「轉」相同;1 轉 = 360°。機械用。
circle360.0000°完整旋轉;1 圓周 = 360°。
直角 (象限)90.0000°四分之一轉;90°。垂直線。

角分與角秒

單位符號備註
角分16.666667 m°角分;1′ = 1/60°。天文學、導航。
角秒277.777778 µ°角秒;1″ = 1/3600°。精密天文學。
毫角秒mas2.778e-7°0.001″。哈勃望遠鏡精度(約 50 mas 解析度)。
微角秒µas2.778e-10°0.000001″。蓋亞衛星精度。超高精度。

導航與軍事

單位符號備註
點 (羅盤)point11.2500°32 個方位點;1 點 = 11.25°。傳統導航。
密位 (北約)mil56.250000 m°每圈 6400;1 密位 ≈ 1 公里處 1 米。軍事標準。
密位 (蘇聯)mil USSR60.000000 m°每圈 6000。俄羅斯/蘇聯軍事標準。
密位 (瑞典)streck57.142857 m°每圈 6300。斯堪地那維亞軍事標準。
二進位度brad1.4063°每圈 256;1 brad ≈ 1.406°。計算機圖形學。

天文學與天體

單位符號備註
時角h15.0000°24h = 360°;1h = 15°。天體坐標 (RA)。
分 (時間)min250.000000 m°1 分鐘 = 15′ = 0.25°。基於時間的角度。
秒 (時間)s4.166667 m°1 秒 = 15″ ≈ 0.00417°。精確時間角度。
星座sign30.0000°黃道星座;12 星座 = 360°;1 星座 = 30°。占星術。

專業與工程

單位符號備註
六分儀sextant60.0000°1/6 圓周;60°。幾何劃分。
八分儀octant45.0000°1/8 圓周;45°。幾何劃分。
象限quadrant90.0000°1/4 圓周;90°。與直角相同。
百分比坡度 (坡度)%formula坡度百分比;arctan(坡度/100) = 角度。工程學。

常見問題

何時使用度 vs 弧度?

使用度:日常角度、導航、測量、建築。使用弧度:微積分、物理方程、程式設計(三角函數)。弧度是「自然」的,因為弧長 = 半徑 × 角度。像 d/dx(sin x) = cos x 這樣的導數僅在弧度中成立!

為什麼 π rad = 180° 是精確值?

圓周長 = 2πr。半圓(直線)= πr。弧度的定義是弧長/半徑。對於半圓:弧長 = πr,半徑 = r,所以角度 = πr/r = π 弧度。因此,根據定義,π rad = 180°。

如何將坡度百分比轉換為角度?

使用反正切:角度 = arctan(坡度等級/100)。範例:10% 坡度 = arctan(0.1) ≈ 5.71°。不僅僅是相乘!10% ≠ 10°。反向:坡度等級 = tan(角度) × 100。45° = tan(45°) × 100 = 100% 坡度。

角分和時間分鐘有什麼區別?

角分 (′) = 1/60 度(角度)。時間分鐘 = 1/60 小時(時間)。完全不同!在天文學中,「時間分鐘」可轉換為角度:1 分鐘 = 15 角分(因為 24h = 360°,所以 1 min = 360°/1440 = 0.25° = 15′)。

為什麼不同國家使用不同的密位?

密位的設計是為了讓 1 密位 ≈ 1 公里處的 1 米(實用彈道學)。真正的數學毫弧度 = 1/1000 rad ≈ 每圈 6283。北約簡化為 6400(2 的冪,便於劃分)。蘇聯使用 6000(可被 10 整除)。瑞典使用 6300(折衷方案)。所有這些都接近 2π×1000。

角度可以是負數嗎?

是的!正數 = 逆時針(數學慣例)。負數 = 順時針。-90° = 270°(相同位置,不同方向)。在導航中,使用 0-360° 範圍。在數學/物理學中,負角度很常見。範例:-π/2 = -90° = 270°。

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