楼主的问题提得非常之好！很典型，很能说明问题。
地铁系统的票价计算方法，是按照能够到达的最短路径计算的，尽管人们实际上乘车时会选择其他更简洁（距离可能稍长，但换乘较少）的路线。
例如：江湾镇站到大木桥路，有很多条路线可以走。
地铁系统的票价，是按照最短距离来计算的（仅算运行距离，不含步行距离）：
3号线，江湾镇 -> 虹口足球场
转乘
8号线，虹口足球场 -> 西藏南路
换乘
4号线，西藏南路 -> 大木桥路
这条路线，换乘很多、既麻烦也未必省时间，但是距离最短，所以票价是按这个计算的。（因为验票机无法识别你是如何乘车过来的）
至于上海体育馆站，通过这个例子应该可以明白了。
很遗憾，刚刚比大木桥路远一点点（超过了一档），所以票价是5元。
补充说明：
从2008年6月起，只要使用交通卡，在转乘站（如虹口足球场）换车的票价也是累计计算的。对于购买单程票者，只要你不出站，票价也是按照（和交通卡一样的）最短路径计算的，这叫做虚拟换乘。
这个案例的确有点复杂，不知道说明白了没有，如果仍不清楚，欢迎继续讨论。
关于上海地铁的换乘路线、时间、票价查询，本人一直使用这个比较权威的网站，
www.51metro.com.cn 但是，令人不解的是，今天的票价居然也是错的（本人就住在大木桥，上周查询时用过还是对的），我将尽快与该网站联系。