円柱 (数学)

円柱

数学において円柱（えんちゅう、テンプレート:Lang-en-short）とは二次曲面（三次元空間内の曲面）の一種で、デカルト座標によって次の方程式で定義されるものである：

<math>\left(\frac{x}{a}\right)^2 + \left(\frac{y}{b}\right)^2 = 1</math>

この方程式は楕円柱を表し、a = b のときのみを円柱（あるいは正円柱）とよぶこともある。円柱は、少なくとも 1 つの座標（この場合 z）が方程式に現れないので退化二次曲面の一種である。定義の仕方によっては円柱は全く二次曲面とは考えられない。

一般の用法で円柱は、上記の意味での正円柱を有限の長さで切断し、両端が二つの円板によって閉じられているような図形を意味する。もしこの意味での円柱が半径 r と長さ（あるいは高さ）h を持つならば、その体積 V と表面積 S は

<math>V = \pi r^2 h \,</math>

<math>S = 2 \pi r ( r + h ) \,</math>

によって与えられる。

体積が 1 つ与えられたとき、表面積が最小となる円柱（または、表面積が 1 つ与えられたとき、体積が最大となる円柱）では h = 2r という関係が成り立つ。

さらに幾つかの特異な種類の円柱の仲間が存在する。

• 虚楕円柱面： <math>\left(\frac{x}{a}\right)^2 + \left(\frac{y}{b}\right)^2 = -1</math>
• 双曲柱面： <math>\left(\frac{x}{a}\right)^2 - \left(\frac{y}{b}\right)^2 = 1</math>
• 放物柱面： <math>x^2 + 2y = 0</math>

関連項目

ファイル:Penne rigate.jpg

斜円柱（oblique cylinder）のペンネ

• 柱体
• 角柱
• 反角柱
• 双円錐