第7讲 极坐标与参数方程(教师版 )【基础知识】一.平面直角坐标系中的伸缩变换:设点(,)P x y 在变换ϕ://,(0),(0)x x y y λλμμ⎧=>⎪⎨=>⎪⎩的作用下对应到点///(,)P x y ,则称ϕ为平面直角坐标系中的坐标伸缩变换,简称伸缩变换。
二.极坐标知识点1.极坐标系的概念:在平面内取一个定点O ,从O 引一条射线Ox ,选定一个单位长度以及计算角度的正 方向(通常取逆时针方向为正方向),这样就建立了一个极坐标系,O 点叫做极点,射线Ox 叫做极轴.①极点;②极轴;③长度单位;④角度单位和它的正方向,构成了极坐标系的四要素,缺一不可. 2.极坐标与直角坐标的互化: 三.参数方程知识点1.参数方程的概念:在平面直角坐标系中,若曲线C 上的点满足,该方程叫曲线C 的参数方程,变量t 是参变数,简称参数。
相对于参数方程而言,直接给出点的坐标间关系的方程叫做普通方程。
2.曲线的参数方程(1)圆的参数方程可表示为.(2)椭圆的参数方程可表示为.(3)抛物线的参数方程可表示为. (4)经过点,倾斜角为的直线的参数方程可表示为(为参数).注意:t 的几何意义3.在建立曲线的参数方程时,要注明参数及参数的取值范围。
在参数方程与普通方程的互化中,必须使的取值范围保持一致. 规律方法指导:1.把参数方程化为普通方程,需要根据其结构特征,选取适当的消参方法. 常见的消参方法有:(,)P x y ()()x f t y f t =⎧⎨=⎩222)()(r b y a x =-+-)(.sin ,cos 为参数θθθ⎩⎨⎧+=+=r b y r a x 12222=+b y a x )0(>>b a )(.sin ,cos 为参数ϕϕϕ⎩⎨⎧==b y a x px y 22=)(.2,22为参数t pt y pt x ⎩⎨⎧==),(o o O y x M αl ⎩⎨⎧+=+=.sin ,cos o o ααt y y t x x t y x , )0(n t ,sin ,cos ,222≠===+=x xya y x y x θθρθρρ代入消法 ;加减消参;平方和(差)消参法;乘法消参法;比值消参法;利用恒等式消参法;混合消参法等. 2.把曲线的普通方程化为参数方程的关键:一是适当选取参数;二是确保互化前后方程的等价性, 注意方程中的参数的变化范围。
【基本题型】题型一. 极坐标与直角坐标的互化。
互化原理(三角函数定义)、数形结合。
例1. 在直角坐标系xOy 中,直线l 的参数方程为⎩⎨⎧-=+-=ty tx 13(t 为参数),以O 为极点,x 轴的非负半轴为极轴建立极坐标系,并在两种坐标系中取相同的长度单位,曲线C 的极坐标方程为0cos 2=+θρ. (1)把曲线C 的极坐标方程化为普通方程;(2)求直线l 与曲线C 的交点的极坐标(πθρ20,0<≤≥).解析:(1)由0cos 2=+θρ得θρcos 2-=,两边同乘以ρ,得x y x 222-=+; (2)由直线l 的参数方程为⎩⎨⎧-=+-=t y tx 13(t 为参数),得直线的普通方程为02=++y x ,联立曲线C 与直线l 的方程得,⎩⎨⎧-=-=11y x 或⎩⎨⎧=-=02y x ,化为极坐标为)45,2(π或),2(π.考点:极坐标方程与直角坐标方程的互化,直线参数方程与普通方程的互化. 考点:cos ,sin x y ρθρθ==,222x y ρ=+. 变式训练一.在极坐标系中,设圆C 经过点6π⎛⎫P ⎪⎝⎭,圆心是直线sin 32πρθ⎛⎫-= ⎪⎝⎭与极轴的交点,求圆C 的极坐标方程.试题解析::6π⎫P ⎪⎭直线sin 32πρθ⎛⎫-= ⎪⎝⎭与x 轴的交点也就是圆心为()1,0,所所以圆的方程为()2211x y -+=,得2220x y x +-=所以,圆的极坐标方程为:2cos ρθ=考点:转化为直角坐标,求出所求方程,再转化为极坐标; 题型二.曲线(圆与椭圆)的参数方程。
(1)普通方程互化和最值问题。
“1”的代换(22cos sin 1θθ+=)、三角解决。
例2.已知曲线C 的参数方程是)(sin ,cos 2为参数θθθ⎩⎨⎧==y x ,以坐标原点为极点,x 轴的正半轴为极轴建立极坐标系,B A ,的极坐标分别为)34,2(),,2(ππB A . (Ⅰ)求直线AB 的直角坐标方程;(Ⅱ)设M 为曲线C 上的点,求点M 到直线AB 距离的最大值. 试题解析:(Ⅰ)将A 、B 化为直角坐标为44(2cos ,2sin ),(2cos,2sin )33A B ππππ,即(2,0),(1,A B --,AB k =,∴直线AB的方程为02)y x -=+0y ++=. (Ⅱ)设(2cos ,sin )M θθ,它到直线AB 的距离为d ==,(其中tan ϕ=,∴max d . 考点:1.椭圆的参数方程;2.点到直线的距离公式;3.三角函数求最值.变式训练2.已知在平面直角坐标系xOy 中,直线l的参数方程是x y ⎧=⎪⎪⎨⎪=+⎪⎩(t 是参数) ,以原点O 为极点,x 轴正半轴为极轴建立极坐标系,曲线C 的极坐标方程为2cos 4πρθ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭.(1)判断直线l 与曲线C 的位置关系;(2)设M 为曲线C 上任意一点,求x y +的取值范围. 解析:(1)直线l的普通方程为0x y -+=,曲线C 的直角坐标系下的方程为22122x y ⎛⎛-++= ⎝⎭⎝⎭,因为圆心22⎛⎫⎪ ⎪⎝⎭到直线0x y -+=的距离为51d ==>,所以直线l 与曲线C 的的位置关系为相离.(2)设点cos ,sin 22M θθ⎛⎫+-+⎪ ⎪⎝⎭,则cos sin 4x y πθθθ⎛⎫⎡+=+=+∈ ⎪⎣⎝⎭. 考点:直线与圆的参数方程和圆的极坐标方程.考点:1、极坐标和直角坐标的互化;2、参数方程和普通方程的互化;3、点到直线的距离. (2)公共点问题。
联立求解判别式,直线与圆d 与r 。
例3.在直角坐标系中,直线l 的参数方程为,x a y t ⎧=⎪⎨=⎪⎩(t 为参数).在极坐标系(以原点O 为极点,以x 轴非负半轴为极轴,且与直角坐标系取相同的长度单位)中,圆C 的方程为4cos ρθ=. (Ⅰ)求圆C 的直角坐标方程;(Ⅱ)若直线l 与圆C 相切,求实数a 的值.解析:(Ⅰ)由222224cos 4cos 4(2)4x y x x y ρθρρθ=⇒=⇒+=⇒-+=, ∴圆C 的直角坐标方程为22(2)4x y -+=(或2240x y x +-=);(Ⅱ)直线l 的参数方程为,x a y t⎧=⎪⇒⎨=⎪⎩0x a -=,∵圆C 的圆心为(2,0)C ,半径2r =,由直线l 与圆C 22a =⇒=-或6. 考点:简单曲线的极坐标方程;参数方程化成普通方程.变式训练3.在极坐标系中,直线l ()sin 4m m R πθ⎛⎫-=∈ ⎪⎝⎭,以极点为原点极轴为x轴的正半轴建立平面直角坐标系,曲线C 的参数方程为(sin x y ααα⎧=⎪⎨=⎪⎩为参数,且[]0,απ∈).(1)写出直线l 的直角坐标方程和曲线C 的普通方程;(2)若直线l 与曲线C 有两个公共点,求m 的取值范围.试题解析:(1)由直线lsin cos cos sin44m ππθθ⎛⎫-= ⎪⎝⎭, 即直线l 的直角坐标方程为:y x m -=,由曲线C 的参数方程(sin x y ααα⎧=⎪⎨=⎪⎩为参数,且[]0,απ∈).得:[]22221,0,13x y y y +=+=∈(2)设曲线C上任意一点为),sin αα,则[]sin 2sin ,0,3m πααααπ⎛⎫==-∈ ⎪⎝⎭,Q 直线l 与曲线C有两个公共点,)2m ∴∈.考点:极坐标系,参数方程,直角坐标方程的转换.题型三。
直线参数方程(t 的几何意义)。
定点到动点的距离。
例4.在直角坐标系xOy 中,直线l的参数方程为12x y t ⎧=⎪⎪⎨⎪=⎪⎩,(t 为参数),在极坐标系(与直角坐标系xOy 取相同的长度单位,且以原点O 为极点,以x 轴正半轴为极轴)中,圆C的极坐标方程为ρθ=.(1)求圆C 的直角坐标方程;(2)设圆C 与直线l 交于点,A B ,若点P的坐标为,求PA PB +. 试题解析:(1)由ρθ=,得220x y +-=,即22(5x y +=. (2)将l 的参数方程代入圆C 的直角坐标方程,得22(1))522t -+=,即240t -=.由于0∆>,故可设12,t t,是上述方程的两实根,所以12124t t t t ⎧+=⎪⎨⋅=-⎪⎩l过点(1P ,故由上式及t 的几何意义得考点:1.曲线的极坐标方程和普通方程的转化;2.直线的参数方程的应用.变式训练4.在直角坐标系xoy 中,过点(1,2)P -的直线l 的斜率为1,以坐标原点为极点,x 轴正半轴为极轴建立极坐标系,曲线C 的极坐标方程为2sin 2cos ρθθ=,直线l 和曲线C 的交点为,A B . (1)求直线l 的参数方程;(2)求||||PA PB试题解析:(Ⅰ)由条件知,直线l 的倾斜角45α=︒,所以cos sin 2αα==. 设点(,)M x y 是直线l 上的任意一点,点P 到点M 的有向向量为t ,则1.22x y ⎧=⎪⎪⎨⎪=-+⎪⎩ (Ⅱ)曲线C 的直角坐标方程为22y x =,由此得2(2)2(1)22-+=+, 即240t -+=. 设12,t t 为此方程的两个根,因为l 和C 的交点为,A B , 所以12,t t 分别是点,A B 所对应的参数,由韦达定理得 PA PB ⋅=124t t = 考点:简单曲线的极坐标方程;参数方程化成普通方程 题型四.伸缩变换例.曲线364922=+y x 经过伸缩变换⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==y y x x 31'21'后的曲线方程是 1''22=+y x .变式训练1.将直线22=-y x 变成直线4''2=-y x 的伸缩变换是 ⎩⎨⎧==yy xx 4'' .变式训练 2.曲线C 经过伸缩变换⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==y y x x 21'31'后的曲线方程是36'9'422=-y x ,则曲线C 的方程是1168122=-y x .【基础训练】1.点P 的直角坐标为(-2,2),那么它的极坐标可表示为________.答案:⎝ ⎛⎭⎪⎫2,3π42.(2012 宁夏)已知圆C :,则圆心C 的极坐标为_____ 答案:( )3..把点的极坐标化为直角坐标。