课 题 直线的参数方程的几何意义 教学目标 要 求 与直线的参数方程有关的典型例题
教学重难点 分 析
与直线的参数方程有关的典型例题
教 学 过 程
知识要点概述
过定点),(000y x M 、倾斜角为α的直线l 的参数方程为⎩⎨
⎧+=+=α
α
sin cos 00t y y t x x (t 为参数),
其中t 表示直线l 上以定点0M 为起点,任意一点M (x ,y )为终点的有向线段M M 0的数量,
的几何意义是直线上点到M 的距离.此时,若t>0,则
的方向向上;若t<0,则
的方向向下;若t=0,则点与点M 重合.
由此,易得参数t 具有如下 的性质:若直线l 上两点A 、B 所对应的参数分别为
B A t t ,,则
性质一:A 、B 两点之间的距离为||||B A t t AB -=,特别地,A 、B 两点到0M 的距离分别为.|||,|B A t t
性质二:A 、B 两点的中点所对应的参数为
2
B
A t t +,若0M 是线段A
B 的中点,则 0=+B A t t ,反之亦然。
精编例题讲练
一、求直线上点的坐标
例1.一个小虫从P (1,2)出发,已知它在 x 轴方向的分速度是−3,在y 轴方向的分速度是4,问小虫3s 后的位置Q 。
分析:考虑t 的实际意义,可用直线的参数方程⎩
⎪⎨
⎪
⎧x = x 0 +at ,y = y 0 +bt (t 是参数)。
解:由题意知则直线PQ 的方程是⎩
⎪⎨⎪⎧x = 1 − 3 t ,
y = 2 + 4 t ,其中时间t 是参数,将t =3s 代入得Q
(−8,12)。
例2.求点A (−1,−2)关于直线l :2x −3y +1 =0的对称点A ' 的坐标。
解:由条件,设直线AA ' 的参数方程为 ⎩
⎪⎨
⎪⎧x = −1 −
2
13
t ,
y = −2
+ 313
t (t 是参数), ∵A 到直线l 的距离d =
5
13
, ∴ t = AA ' = 10
13
, 代入直线的参数方程得A ' (−
3313,413
)。
点评:求点关于直线的对称点的基本方法是先作垂线,求出交点,再用中点公式,而此处则是充分利用了参数 t 的几何意义。
二 求定点到过定点的直线与其它曲线的交点的距离 例1.设直线经过点
(1,5),倾斜角为
,
1)求直线和直线的交点到点的距离; 2)求直线和圆
的两个交点到点
的距离的和与积.
解:直线的参数方程为( t 为参数)
1)将直线的参数方程中的x,y代入,得t=.所以,直线和直线的交点到点的距离为
2)将直线的方程中的x,y代入,得设此方程的两根为,则==10.可知均为负值,所以=
点评:解决本题的关键一是正确写出直线的参数,二是注意两个点对应的参数的符号的异同。
三求直线与曲线相交的弦长
例1过抛物线的焦点作斜角为的直线与抛物线交于A、B两点,求|AB|.解因直线的倾角为,则斜率为-1,又抛物线的焦点为F(1,0),则可设AB的方程为
(为参数)
代入整理得
由韦达定理得t1+t2=,t1t2=-16。
∴===.
例2 已知直线L:x+y-1=0与抛物线y=交于A,B两点,求线段AB的长和点M(-1,2)到A,B 两点的距离之积.
解:因为直线L过定点M,且L的倾斜角为,所以它的参数方程是(t为参数)
即(t为参数)
把它代入抛物线的方程,得
解得
由参数t的几何意义得
点评:本题的解答中,为了将普通方程化为参数方程,先判定点M(-1,2)在直线上,并求出直线的倾斜角,这样才能用参数t的几何意义求相应的距离.这样的求法比用普通方程求出交点坐标,再用距离公式求交点距离简便一些.
四、求解中点问题
例1,已知经过点P(2,0),斜率为的直线和抛物线相交于A,B两点,设线段AB的中点为M,求点M的坐标.
解:设过点P(2,0)的直线AB的倾斜角为,由已知可得:
cos,
所以,直线的参数方程为(t为参数)
代入,整理得
中点M的相应的参数是=
所以点M的坐标为
点评:在直线的参数方程中,当t>0,则的方向向上;当t<0,则的方向向下,所以A,B 中点的M所对应的t的值等于,这与二点之点的中点坐标有点相同.
解:将直线l 的方程化为标准形式⎩⎪⎨⎪⎧x =1 −2
2t ',y =2 + 2
2t '
,代入 2x +y −2 =0得 t ' = 32
2,
∴ PQ = | t '| =
32
2。
点评:题目给出的直线的参数并不是位移,直接求解容易出错,一般要将方程改成以位移为参数的标准形式。
例2.经过点P (−1,2),倾斜角为
4
的直线 l 与圆 x 2 +y 2 = 9相交于A ,B 两点,求
PA +PB 和PA · PB 的值。
解:直线l 的方程可写成⎩⎪⎨⎪⎧x = −1 + 2
2
t ,y =2 + 2
2 t
,代入圆的方程整理得:t 2
+
2t −4=0,设点
A ,
B 对应的参数分别是t 1 ,t 2,则t 1 +t 2 = −2,t 1 ·t 2 = −4,由t 1 与t 2的符号相反知PA +PB
= |t 1| +|t 2| = | t 1 −t 2| =
(t 1 +t 2)2−4 t 1 ·t 2 = 32,PA · PB =| t 1 · t 2 | = 4。
点评:解决本题的关键一是正确写出直线的参数,二是注意两个点对应的参数的符号的
异同。
七、求直线与曲线相交弦的长
例1.已知抛物线y 2 = 2px ,过焦点F 作倾斜角为θ的直线交抛物线于A ,B 两点,求证:
AB =
2p
sin 2 θ。
分析:弦长AB = |t 1 −t 2|。
解:由条件可设AB 的方程为⎩⎪⎨⎪⎧x = p 2 +t cos θ,y = t sin θ
(t 是参数),代入抛物线方程,
解:因为直线l 过点)0,4(0-P ,倾斜角为
6
π
,所以直线l 的参数方程为 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨
⎧+=+-=6sin
06cos 4ππt y t x ,即⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧=+-=t y t x 2123
4,(t 为参数),代入圆方程,得 7)2
1
()234(22=++
-t t ,整理得09342=+-t t (1)设A 、B 所对应的参数分别为21,t t ,所以3421=+t t ,921=t t , 所以||||21t t AB -=.324)(21221=-+=
t t t t
(2)解方程09342
=+-t t 得,3,3321==t t ,
所以A P 033||1==t ,B P 0.3||2==t
解:因为直线l 过点)4,2(0P ,倾斜角为
6
π
,所以直线l 的参数方程为 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨
⎧+=+=6sin 46cos 2ππt y t x ,即⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧+=+=t
y t x 214232,(t 为参数), (1) 设直线l 上与已知点)4,2(0P 相距为4的点为M 点,且M 点对应的参数为t ,则
||0M P 4||==t ,所以4±=t ,将t 的值代入(1)式,
当t =4时,M 点的坐标为)6,322(+; 当t =-4时,M 点的坐标为)2,322(-,
综上,所求M 点的坐标为)6,322(+或)2,322(-.
点评:若使用直线的普通方程,利用两点间的距离公式求M 点的坐标较麻烦,而使用
直线的参数方程,充分利用参数t 的几何意义求M 点的坐标较容易。
解:直线l 过点)0,1(0P ,倾斜角为
4
π
,所以直线l 的参数方程为 ⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧=+=t y t x 22221,
(t 为参数),因为直线l 和抛物线相交,将直线的参数方程代入抛物线方程 x y 22=中,得:)221(2)22(
2t t +=,整理得0222
1
2=--t t , 06)2(2
1
4)2(2>=-⨯⨯--=∆,设这个二次方程的两个根为21,t t ,
由韦达定理得2221=+t t ,由M 为线段AB 的中点,根据t 的几何意义,得
22
2
1=+=
t t t M ,易知中点M 所对应的参数为2=M t ,将此值代入直线的参数方程得,M 点的坐标为(2,1)
点评:对于上述直线l 的参数方程,A 、B 两点对应的参数为21,t t ,则它们的中点所对应的参数为
.2
2
1t t +。