| 變數 | 意義 | 單位 | 典型值 |
|---|---|---|---|
| x | 連乘自己三次的數,幾何上即正立方體邊長 | 無單位或長度(m、cm) | 1 ~ 100 |
| x3 | 立方值,即正立方體體積 | x 單位的三次方(m³、cm³) | 計算結果 |
2 公尺見方的水塔能裝幾公升?
邊長 2 公尺的正立方體,容積 2 × 2 × 2 = 8 立方公尺。 單位跟著變三次方:邊長用公尺,體積就是立方公尺(m³)。
公升要先換長度單位。1 公尺 = 10 公寸,所以 1 立方公尺 = 10³ = 1,000 立方公寸,而 1 立方公寸就是 1 公升。 8 立方公尺因此是 8,000 公升;水每立方公尺約 1 公噸,裝滿約 8 公噸。
土方估算也一樣。邊長 3 公尺的方坑挖出 27 立方公尺, 清運若以每立方公尺 800 元計,費用 27 × 800 = 21,600 元。 只知容積要回推邊長就開立方根:∛27 = 3 公尺。
邊長多 50%,體積多多少?
邊長從 2 公尺加到 3 公尺,體積從 8 變 27,是 3.375 倍, 多了 237.5%。只加五成卻翻超過三倍,因為三個方向同時變長,效果相乘不是相加。
加倍更誇張:邊長 2 變 4,體積從 8 變 64,正好 8 倍。 規則一句話:長度乘 k,面積乘 k²,體積乘 k³。
單位換算是同一規則的特例。1 公尺 = 100 公分,k = 100,所以 1 平方公尺 = 100² = 10,000 平方公分,1 立方公尺 = 100³ = 1,000,000 立方公分。 把長度的換算倍率搬去用在體積上,會差六個數量級。
1 到 15 的立方表與立方根心算
| x | x³ | x | x³ | x | x³ |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 6 | 216 | 11 | 1,331 |
| 2 | 8 | 7 | 343 | 12 | 1,728 |
| 3 | 27 | 8 | 512 | 13 | 2,197 |
| 4 | 64 | 9 | 729 | 14 | 2,744 |
| 5 | 125 | 10 | 1,000 | 15 | 3,375 |
立方的末位和平方相反:0 到 9 自乘三次的末位是 0、1、8、7、4、5、6、3、2、9, 十個值一一對應、沒有重複,看末位就能反推底數末位——平方做不到,它只有六種末位。
四位數內的完全立方數可以口算開根。以 2,744 為例:遮掉末三位得 2, 落在 1³ 與 2³ 之間取小的 1,十位即 1;末位 4 對應底數末位 4,答案 14。 512 同理,前段為 0、末位 2 對應底數 8,得 8。
x³ 在其他公式裡做什麼?
立方通常是體積公式裡決定規模的一項。 球體積 ⁴⁄₃πr³:半徑 2 公尺得 33.51 立方公尺。裝進外切的正立方體(邊長 4 公尺、體積 64 立方公尺),佔比是 π/6 = 52.36%——球多大都一樣, 因為兩者都是三次方項。長方體體積 a × b × c 是立方的一般化,三邊相等時退化成 x³。
和 平方 對照還能帶出平方立方定律: 正立方體表面積是 6x²、體積 x³,指數差 1,尺寸一放大比值必然往下掉。 邊長 2 公尺時表面積 24 平方公尺、體積 8 立方公尺, 每立方公尺只配到 3 平方公尺表面。
邊長放大到 20 公尺,表面積 2,400 平方公尺、體積 8,000 立方公尺,比值掉到 0.3。散熱只發生在表面、產熱卻跟著體積走, 所以大型動物散熱慢、大電池組難冷卻。
(a+b)³ 不等於 a³+b³。a = 1、b = 2 時 (1+2)³ = 27, a³ + b³ 卻只有 9,差的 18 正是交叉項 3ab(a+b) = 3 × 1 × 2 × 3; 完整展開是 a³ + 3a²b + 3ab² + b³。 第二個是負號方向:立方是奇次方,(−3)³ 與 −3³ 都等於 -27,負號可以直接提到外面; 平方是偶次方,兩者差一個正負。把其中一邊的括號習慣照搬到另一邊就會出錯。
動手算算看
下面是 ∑ Calc 立方計算機,輸入邊長或任意數值即得結果。