C++で直方体の体積と表面積を計算するプログラムの作成方法

直方体とは？

直方体とは、6つの長方形の面から構成される三次元の立体図形です。各面の縦と横の長さが異なるため、全体として異なる長さの辺を持っています。立方体と直方体の違いは、立方体では長さ・高さ・幅がすべて等しいのに対し、直方体ではこれら3つが必ずしも同じではないという点です。

直方体の主な性質は以下のとおりです。

• 6つの面
• 12本の辺
• 8つの頂点

以下は直方体のイメージ図です。

問題の概要

直方体の長さ（L）、幅（W）、高さ（H）が与えられたとき、その総表面積と体積を求めるのが課題です。表面積とは各面が占める空間の広さのことであり、体積とはその形状が内包できる空間の大きさのことです。

直方体の表面積と体積は、次の公式で計算できます。

表面積 = 2 × (L×W + W×H + L×H)

体積 = L × W × H

入力例と出力例

入力: L=3 H=2 W=3
出力:
　直方体の体積: 18
　直方体の総表面積: 42

アルゴリズム

開始
ステップ1 → 直方体の体積を求める関数を宣言する
　　double volume(double l, double h, double w)
　　　　return (l * h * w)
ステップ2 → 直方体の表面積を求める関数を宣言する
　　double surface_area(double l, double h, double w)
　　　　return (2 * l * w + 2 * w * h + 2 * l * h)
ステップ3 → main() 内での処理
　　double型の変数 l=3、h=2、w=3 を宣言する
　　volume(l, h, w) の結果を出力する
　　surface_area(l, h, w) の結果を出力する
終了

C++による実装例

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
// 直方体の体積を計算する関数
double volume(double l, double h, double w){
    return (l * h * w);
}
// 直方体の総表面積を計算する関数
double surface_area(double l, double h, double w){
    return (2 * l * w + 2 * w * h + 2 * l * h);
}
int main(){
    double l = 3;
    double h = 2;
    double w = 3;
    cout << "直方体の体積: " << volume(l, h, w) << endl;
    cout << "直方体の総表面積: " << surface_area(l, h, w);
    return 0;
}

計算の流れ

この例では、L=3、H=2、W=3 をそれぞれの公式に代入します。

• 体積 = 3 × 2 × 3 = 18
• 表面積 = 2 × (3×3 + 3×2 + 3×2) = 2 × (9 + 6 + 6) = 2 × 21 = 42

出力結果

直方体の体積: 18
直方体の総表面積: 42

まとめ

直方体の体積は「縦 × 横 × 高さ」、総表面積は「2 × (縦×横 + 横×高さ + 縦×高さ)」というシンプルな公式で求められます。C++では、体積と表面積の計算をそれぞれ独立した関数として分離することで、コードの可読性と再利用性が向上します。ぜひ実際にコードを実行し、さまざまな寸法を入力して動作を確認してみてください。