C言語で球の体積を計算する方法をわかりやすく解説

球の体積とは、その球体が内部に持つ容量のことを指します。数学的には、球の体積は以下の公式で表されます。

$$V\:=\:\frac{4}{3}\Pi\:r^{3}$$

ここで、r は球の半径、π（パイ）は約3.14の定数です。

計算のアルゴリズム

ステップ1: 実行時に球の半径を入力する
ステップ2: 変数に公式を適用する
        Volume = (4/3) * 3.14 * rad * rad * rad
ステップ3: 体積を表示する
ステップ4: 終了する

プログラム1：基本的な体積計算

以下は、半径20の球の体積を計算するC言語のサンプルプログラムです。

#include<stdio.h>
int main(){
    float vol;
    int rad;
    rad=20;
    vol=((4.0f/3.0f) * (3.1415) * rad * rad * rad);
    printf("the volume of a sphere is %f\n",vol);
    return 0;
}

実行結果

the volume of a sphere is 33509.335938

このプログラムでは、半径を整数型変数に格納し、体積の公式を直接適用しています。なお、4.0f/3.0f のように浮動小数点数として記述することで、整数除算による計算誤差を防いでいる点がポイントです。

プログラム2：体積と表面積を同時に計算

次に、ユーザーから半径を入力してもらい、球の体積と表面積の両方を求めるプログラムの例を紹介します。

#include <stdio.h>
#include <math.h>
int main(){
    float rad;
    float area, vol;
    printf("Enter radius of the sphere : \n");
    scanf("%f", &rad);
    area = 4 * (22/7) * rad * rad;
    vol = (4.0/3) * (22/7) * rad * rad * rad;
    printf("Surface area of sphere is: %.3f", area);
    printf("\n Volume of sphere is : %.3f", vol);
    return 0;
}

実行結果

Enter radius of the sphere :
4
Surface area of sphere is: 192.000
Volume of sphere is : 256.000

このプログラムでは、scanf 関数を使って実行時に半径を入力できるようにしています。表面積には公式「4πr²」、体積には公式「(4/3)πr³」を使用しています。

注意点：整数除算の落とし穴

プログラム2では、22/7 が整数同士の除算であるため、小数点以下が切り捨てられて「3」として計算されます。そのため、上記の実行結果は数学的に正確な値からずれています。より正確な計算を行うには、22.0/7 のように浮動小数点数で記述するか、math.h の M_PI 定数を使用することをおすすめします。