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新編高中數(shù)學(xué)北師大版選修44同步配套教學(xué)案:第二章 167;1 參數(shù)方程的概念

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1、新編數(shù)學(xué)北師大版精品資料 章末復(fù)習(xí)課 [對應(yīng)學(xué)生用書P18] [對應(yīng)學(xué)生用書P19] 在平面直角坐標(biāo)系內(nèi)求曲線(軌跡)方程 由于在平面直角坐標(biāo)系求曲線(軌跡)方程是解析幾何非常重要的一類問題,在高考中常以解答題中關(guān)鍵的一問的形式出現(xiàn),一般與平面解析幾何、向量、函數(shù)等知識交匯命題. 常用的方法有: (1)直接法:如果題目中的條件有明顯的等量關(guān)系或者可以推出某個(gè)等量關(guān)系,即可用求曲線方程的五個(gè)步驟直接求解. (2)定義法:如果動點(diǎn)的軌跡滿足某種已知曲線的定義,則可依定義寫出軌跡方程. (3)代入法:如果動點(diǎn)P(x,y)依賴于另一動點(diǎn)Q(x1,y1),而Q(x1,y

2、1)又在某已知曲線上,則可先列出關(guān)于x,y,y1,x1的方程組,利用x,y表示x1,y1,把x1,y1代入已知曲線方程即為所求. (4)參數(shù)法:動點(diǎn)P(x,y)的橫縱坐標(biāo)用一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)來表示,消去參數(shù)即得其軌跡方程. [例1] 如圖,圓O1和圓O2的半徑都是1,|O1O2|=4,過動點(diǎn)P分別作圓O1和圓O2的切線PM,PN(M,N分別為切點(diǎn))使得|PM|=|PN|,試建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系,并求動點(diǎn)P的軌跡方程. [解]如圖,以直線O1O2為x軸,線段O1O2的垂直平分線為y軸,建立平面直角坐標(biāo)系,則兩圓心的坐標(biāo)分別為O1(-2,0),O2(2,0). 設(shè)P(x,y), 則|PM|2=|

3、PO1|2-|MO1|2=(x+2)2+y2-1. 同理,|PN|2=(x-2)2+y2-1. ∵|PM|=|PN|,即|PM|2=2|PN|2. 即(x+2)2+y2-1=2[(x-2)2+y2-1]. 即x2-12x+y2+3=0. 即動點(diǎn)P的軌跡方程為(x-6)2+y2=33. 求曲線的極坐標(biāo)方程 在極坐標(biāo)系中求曲線的極坐標(biāo)方程是高考考查極坐標(biāo)系的一個(gè)重要考向,重點(diǎn)考查軌跡極坐標(biāo)方程的探求及直線和圓的極坐標(biāo)方程的確定與應(yīng)用問題.求曲線的極坐標(biāo)的方法和步驟,和求直角坐標(biāo)方程類似,就是把曲線看作適合某種條件的點(diǎn)的集合或軌跡,將已知條件用曲線上的極坐標(biāo)ρ,θ的關(guān)系式f(ρ,θ

4、)表示出來,就得到曲線的極坐標(biāo)方程. [例2] 已知Rt△ABO的直角頂點(diǎn)A在直線ρcos θ=9上移動(O為原點(diǎn)),又∠AOB=30,求頂點(diǎn)B的軌跡的極坐標(biāo)方程. [解] 如圖①,設(shè)B(ρ,θ),A(ρ1,θ1). 則ρcos 30=ρ1,即ρ1=ρ. 又∵ρ1cos θ1=9,而θ1=θ-30, ∴ρcos 30cos=9,即ρcos=6. ①        ② 若點(diǎn)B的位置如圖②所示,同理得點(diǎn)B的軌跡方程為 ρcos=6. 綜上所述,點(diǎn)B的軌跡方程為ρcos=6. [例3] 已知定點(diǎn)A(a,0),動點(diǎn)P對極點(diǎn)O和點(diǎn)A的張角∠OPA=.在OP的延長線上取點(diǎn)Q,使|P

5、Q|=|PA|.當(dāng)P在極軸上方運(yùn)動時(shí),求點(diǎn)Q的軌跡的極坐標(biāo)方程. [解] 設(shè)Q,P的坐標(biāo)分別是(ρ,θ),(ρ1,θ1),則θ=θ1. 在△POA中,ρ1=sin, |PA|=,又|OQ|=|OP|+|PA|, ∴ρ=2acos. 極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的互化 極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的互化主要考查點(diǎn)的極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的互化以及曲線的極坐標(biāo)方程與直角坐標(biāo)方程的互化,將不熟悉的極坐標(biāo)(方程)問題轉(zhuǎn)化為熟知的問題求解.解決此類問題,要熟知:互化的前提依舊是把直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)作為極點(diǎn),x軸的正半軸作為極軸并在兩種坐標(biāo)系下取相同的單位長度. 互化公式為 直角坐標(biāo)方程化極坐標(biāo)方程可直接將x=ρ

6、cos θ,y=ρsin θ代入即可,而極坐標(biāo)方程化為直角坐標(biāo)方程通常將極坐標(biāo)方程化為ρcos θ,ρsin θ的整體形式,然后用x,y代替較為方便,常常兩端同乘以ρ即可達(dá)到目的,但要注意變形的等價(jià)性. [例4] 把下列極坐標(biāo)方程化為直角坐標(biāo)方程. (1)ρ=2acos θ(a>0); (2)ρ=9(sin θ+cos θ); (3)ρ=4; (4)2ρcos θ-3ρsin θ=5. [解] (1)ρ=2acos θ,兩邊同時(shí)乘以ρ, 得ρ2=2aρcos θ, 即x2+y2=2ax. 整理得x2+y2-2ax=0,即(x-a)2+y2=a2, 是以(a,0)為圓心,以a

7、為半徑的圓. (2)兩邊同時(shí)乘以ρ得ρ2=9ρ(sin θ+cos θ), 即x2+y2=9x+9y, 又可化為2+2=, 是以為圓心,以為半徑的圓. (3)將ρ=4兩邊平方得ρ2=16,即x2+y2=16, 是以原點(diǎn)為圓心,以4為半徑的圓. (4)2ρcos θ-3ρsin θ=5,即2x-3y=5,是一條直線. [例5] 將下列極坐標(biāo)方程化為直角坐標(biāo)方程. (1)θ=;(2)ρ2=ρ;(3)2cos θ=7sin θ. [解] (1)∵tan θ=,∴=tan=-. ∴y+x=0. (2)∵ρ2=ρ,∴ρ=0或ρ=1. ∴x2+y2=0或x2+y2=1. (3)

8、兩邊同乘以ρ得:2ρcos θ=7ρsin θ. ∴2x-7y=0. [例6] 若兩圓的極坐標(biāo)方程分別為ρ=2cos θ和ρ=2sin θ,求兩圓的公共弦長. [解] 法一:將兩圓方程化為直角坐標(biāo)方程為: x2+y2-2x=0和x2+y2-2y=0. 由得y=x, 即為公共弦所在直線方程. 由得交點(diǎn)坐標(biāo)為(0,0),(1,1). ∴弦長為=. 法二:設(shè)除極點(diǎn)外的公共點(diǎn)坐標(biāo)為P(ρ,cos θ)(ρ>0). 則2cos θ=2sin θ, ∴tan θ=1. 由于0≤θ≤,∴θ=. ∴ρ=2cos=. ∴公共弦長為.    一、選擇題 1.在極坐標(biāo)系中,已知兩點(diǎn)

9、A,B,則A,B兩點(diǎn)間的距離是(  ) A.1            B.2 C.3 D.4 解析:選D 設(shè)極點(diǎn)為O,∵∠AOB=-=π, ∴A,O,B三點(diǎn)共線. ∴A,B兩點(diǎn)間的距離|AB|=|OA|+|OB|=3+1=4. 2.在極坐標(biāo)系中,與點(diǎn)關(guān)于極點(diǎn)對稱的點(diǎn)的一個(gè)坐標(biāo)是(  ) A. B. C. D. 解析:選A 點(diǎn)(ρ,θ)關(guān)于極點(diǎn)對稱的點(diǎn)為(ρ,π+θ), 故關(guān)于極點(diǎn)對稱的點(diǎn)的一個(gè)坐標(biāo)為,即. 3.在極坐標(biāo)系中,已知一個(gè)圓的方程為ρ=12sin,則過圓心與極軸垂直的直線的極坐標(biāo)方程是(  ) A.ρsin θ=3 B.ρsin θ=-3 C

10、.ρcos θ=-3 D.ρcos θ=3 解析:選C 圓ρ=12sin(θ-)化為x2+y2+6x-6y=0,其圓心為(-3,3),∴所求直線方程為x=-3化為極坐標(biāo)方程:ρcos θ=-3. 4.直線θ=α和直線ρsin(θ-α)=1的位置關(guān)系是(  ) A.垂直 B.平行 C.相交但不垂直 D.重合 解析:選B 直線θ=α化為直角坐標(biāo)方程為y=xtanα,ρsin(θ-α)=1化為ρsin θcos α-ρcos θsin α=1,即y=xtanα+. 所以兩直線平行. 二、填空題 5.已知一條直線的極坐標(biāo)方程為ρsin=,則極點(diǎn)到該直線的距離是_______

11、_. 解析:∵ρsin=ρsin θcos +ρcos θsin =ρsin θ+ρcos θ=, ∴ρsin θ+ρcos θ=1,即x+y=1. 則極點(diǎn)到該直線的距離d==. 答案: 6.(上海高考)在極坐標(biāo)系中,曲線ρ=cos θ+1與ρcos θ=1的公共點(diǎn)到極點(diǎn)的距離為________. 解析:聯(lián)立得ρ(ρ-1)=1?ρ=,又ρ≥0,故兩曲線的公共點(diǎn)到極點(diǎn)的距離為. 答案: 7.極坐標(biāo)方程5ρ2cos 2θ+ρ2-24=0表示的曲線焦點(diǎn)的極坐標(biāo)為____________________. 解析:極坐標(biāo)方程5ρ2cos 2θ+ρ2-24=0化為 5ρ2(cos2θ-

12、sin2θ)+ρ2-24=0, 即3x2-2y2=12. 得標(biāo)準(zhǔn)方程為-=1. 所以a2=4,b2=6,c=. 所以兩焦點(diǎn)的極坐標(biāo)為(,0),(,π). 答案:(,0),(,π) 8.如圖,在極坐標(biāo)系中,過點(diǎn)M(2,0)的直線l與極軸的夾角α=.若將l的極坐標(biāo)方程寫成ρ=f(θ)的形式,則f(θ)=________. 解析:在直線l上任取點(diǎn)P(ρ,θ),在△OPM中,由正弦定理得=,即=,化簡得ρ=,故f(θ)=. 答案: 三、解答題 9.在極坐標(biāo)系中P是曲線ρ=12sin θ上的動點(diǎn),Q是曲線ρ=12cos上的動點(diǎn),試求PQ的最大值. 解:以極點(diǎn)O為原點(diǎn),極軸為x軸

13、建立直角坐標(biāo)系xOy,將方程ρ=12sin θ化為直角坐標(biāo)方程為x2+y2=12y,它表示圓心為(0,6),半徑為6的圓. 將ρ=12cos化為直角坐標(biāo)方程為 (x-3)2+(y-3)2=36,它表示以(3,3)為圓心,6為半徑的圓. 由圓的位置關(guān)系可知,當(dāng)P,Q所在直線為連心線所在直線時(shí),PQ長度可取最大值,且最大值為 +6+6=18. 10.已知A(-1,0),B(1,4),在平面上動點(diǎn)P滿足=4,點(diǎn)Q是點(diǎn)P關(guān)于直線l:y=2(x-4)的對稱點(diǎn),求動點(diǎn)Q的軌跡方程. 解:法一:設(shè)P(x,y), 則=(-1-x,-y),=(1-x,4-y), 故由=4? (-x-1)(1-

14、x)+(-y)(4-y)=4, 即x2+(y-2)2=32. ∴P的軌跡是以C(0,2)為圓心,以3為半徑的圓. ∵點(diǎn)Q是點(diǎn)P關(guān)于直線y=2(x-4)的對稱點(diǎn), ∴動點(diǎn)Q的軌跡是一個(gè)以C0(x0,y0)為圓心,半徑為3的圓,其中C0(x0,y0)是點(diǎn)C(0,2)關(guān)于直線y=2(x-4)的對稱點(diǎn),即直線y=2(x-4)與CC0垂直,且過CC0的中點(diǎn),于是有 即? 故動點(diǎn)Q的軌跡方程為(x-8)2+(y+2)2=9. 法二:設(shè)P(x,y), 則=(-1-x,-y),=(1-x,4-y), 故由=4?(-x-1)(1-x)+(-y)(4-y)=4,即x2+(y-2)2=32(*).

15、 設(shè)點(diǎn)Q的坐標(biāo)為Q(u,v), ∵Q,P關(guān)于直線l:y=2(x-4)對稱, ∴PQ與直線l垂直,于是有=- ?、? ∵PQ的中點(diǎn)在l上,∴有=2(-4) ?、? 由①②可解得 代入方程(*)得 (-3u+4v+32)2+(4u+3v-26)2=(35)2, 化簡得u2+v2-16u+4v+59=0 ?(u-8)2+(v+2)2=9. 故動點(diǎn)Q的軌跡方程為(x-8)2+(y+2)2=9. [對應(yīng)學(xué)生用書P41] (時(shí)間:90分鐘,滿分:120分) 一、選擇題(本大題共10小題,每小題5分,共50分.在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中只有一個(gè)是正確的) 1.在極坐標(biāo)中有如下三個(gè)結(jié)

16、論:①點(diǎn)P在曲線C上,則點(diǎn)P的極坐標(biāo)滿足曲線C的極坐標(biāo)方程;②tan θ=1與θ=(ρ≥0)表示同一條曲線;③ρ=3與ρ=-3表示同一條曲線.在這三個(gè)結(jié)論中正確的是(  ) A.①③          B.① C.②③ D.③ 解析:選D 在直角坐標(biāo)系內(nèi),曲線上每一點(diǎn)的坐標(biāo)一定適合它的方程,但在極坐標(biāo)系內(nèi),曲線上一點(diǎn)的所有坐標(biāo)不一定適合方程,故①是錯(cuò)誤的;tan θ=1不僅表示θ=這條射線,還表示θ=這條射線,故②亦不對;ρ=3與ρ=-3差別僅在于方向不同,但都表示一個(gè)半徑為3的圓,故③正確. 2.原點(diǎn)與極點(diǎn)重合,x軸正半軸與極軸重合,則點(diǎn)(-5,-5)的極坐標(biāo)是(  ) A.

17、 B. C. D. 解析:選B 設(shè)點(diǎn)(-5,-5)的極坐標(biāo)為(ρ,θ),則tan θ==,x<0,∴最小正角θ=,ρ==10. 3.已知點(diǎn)P的柱坐標(biāo)為,則它的直角坐標(biāo)為(  ) A.(,1,1) B.(1,1,1) C.(,,1) D.(1,0,1) 解析:選B 設(shè)點(diǎn)P的直角坐標(biāo)為(x,y,z). 則有x=rcos θ=cos =1, y=rsin θ=sin =1,z=1. ∴點(diǎn)P的直角坐標(biāo)為(1,1,1). 4.ρ=2cos θ-2sin θ表示的曲線是(  ) A.直線 B.圓 C.射線 D.半圓 解析:選B 兩邊同乘以ρ得:ρ2=2ρco

18、s θ-2ρsin θ. 把ρ2=x2+y2,x=ρcos θ,y=ρsin θ代入得: x2+y2-2x+2y=0,表示圓. 5.曲線ρ2+2ρ(3cos θ-2sin θ)=0的對稱中心的直角坐標(biāo)是(  ) A.(3,2) B.(2,3) C.(-3,2) D.(-3,-2) 解析:選C 原方程可化為:x2+y2+6x-4y=0. 即:(x+3)2+(y-2)2=13. ∴它的對稱中心為(-3,2). 6.設(shè)點(diǎn)P的直角坐標(biāo)為(4,4,4),則它的球坐標(biāo)為(  ) A. B. C. D. 解析:選A 設(shè)點(diǎn)P的球坐標(biāo)為(r,φ,θ), 則r==8,ta

19、n θ===1. 又∵x>0,∴θ=. ∵4=8cos φ,∴cos φ=. ∵0≤φ≤π,∴φ=. ∴點(diǎn)P的球坐標(biāo)為. 7.在極坐標(biāo)系中,與圓ρ=4sin θ相切的一條直線方程為(  ) A.ρsin θ=2 B.ρcos θ=2 C.ρcos θ=4 D.ρcos θ=-4 解析:選B 如圖,⊙C的極坐標(biāo)方程為ρ=4sin θ,CO⊥Ox,OA為直徑,|OA|=4,ρsin θ=2表示直線y=2,ρcos θ=4表示直線x=4,ρcos θ=-4表示直線x=-4,均不與圓相切,只有B符合. 8.在極坐標(biāo)系中,圓ρ=4cos θ+4sin θ的圓心坐標(biāo)是(  )

20、 A. B. C. D. 解析:選A 將原方程化成直角坐標(biāo)方程,得(x-2)2+(y-2)2=8,圓心坐標(biāo)為(2,2),化成極坐標(biāo)為. 9.在極坐標(biāo)系中,設(shè)圓ρ=3上的點(diǎn)到直線ρ(cos θ+sin θ)=2的距離為d,則d的最大值為(  ) A.5 B.6 C.4 D.3 解析:選C 極坐標(biāo)方程ρ=3轉(zhuǎn)化成直角坐標(biāo)方程為x2+y2=9,所以圓心為(0,0),半徑為3,ρ(cos θ+sin θ)=2轉(zhuǎn)化成直角坐標(biāo)方程為x+y=2.則圓心到直線x+y=2的距離d′===1. ∴圓上的點(diǎn)到直線的最大距離為d′+3=1+3=4. 10.在極坐標(biāo)系中,過點(diǎn)A(6,π

21、)作圓ρ=-4cos θ的切線,則切線長為(  ) A.2 B.6 C.2 D.2 解析:選C 圓ρ=-4cos θ化為(x+2)2+y2=4,點(diǎn)(6,π)化為(-6,0),所以切線長===2. 二、填空題(本大題共4小題,每小題5分,共20分.把答案填在題中橫線上) 11.已知曲線C1,C2的極坐標(biāo)方程分別為ρcos θ=3,ρ=4cos θ,則曲線C1與C2交點(diǎn)的極坐標(biāo)為________. 解析:由 得4cos2θ=3. ∴2(1+cos 2θ)=3,cos 2θ=. 又0≤2θ<π,∴θ=.故ρ=2, ∴曲線C1與C2的交點(diǎn)的極坐標(biāo)為. 答案: 12.若曲

22、線的極坐標(biāo)方程為ρ=tan θ,則該曲線的直角坐標(biāo)方程為________. 解析:由ρ=tan θ=,得ρcos2θ=sin θ, ∴ρ2cos2θ=ρsin θ,化為直角坐標(biāo)方程為x2=y(tǒng). 答案:x2=y(tǒng) 13.在極坐標(biāo)系中,點(diǎn)到直線ρsin=1的距離是________. 解析:點(diǎn)化為直角坐標(biāo)為(,1),直線方程可化為ρsin θ-ρcos θ=1,即x-y+2=0,由點(diǎn)到直線的距離公式得d==1. 答案:1 14.在極坐標(biāo)系中,曲線C1:ρ(cos θ+sin θ)=1與曲線C2:ρ=a(a>0)的一個(gè)交點(diǎn)在極軸上,則a=________. 解析:曲線C1的直角坐標(biāo)方程為

23、x+y=1,曲線C2的直角坐標(biāo)方程為x2+y2=a2,C1與x軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為,此點(diǎn)也在曲線C2上,代入解得a=. 答案: 三、解答題(本大題共4小題,共50分.解答應(yīng)寫出文字說明、證明過程或演算步驟) 15.(本小題滿分12分)(廣東高考改編)在極坐標(biāo)系中,曲線C1和C2的方程分別為ρsin2θ=cos θ和ρsin θ=1.以極點(diǎn)為平面直角坐標(biāo)系的原點(diǎn),極軸為x軸的正半軸,建立平面直角坐標(biāo)系,求曲線C1和C2的交點(diǎn)的直角坐標(biāo). 解析:由ρsin2θ=cos θ?ρ2sin2θ=ρcos θ?y2=x, 又由ρsin θ=1?y=1,聯(lián)立? 故曲線C1和C2交點(diǎn)的直角坐標(biāo)為(1,1

24、). 16.(本小題滿分12分)極坐標(biāo)方程ρ=-cos θ與ρcos=1表示的兩個(gè)圖形的位置關(guān)系是什么? 解:ρ=-cos θ可變?yōu)棣?=-ρcos θ, 化為普通方程為x2+y2=-2x, 即(x+1)2+y2=1,它表示圓,圓心為(-1,0),半徑為1. 將ρcos=1化為普通方程為x-y-2=0. ∵圓心(-1,0)到直線的距離為=>1, ∴直線與圓相離. 17.(本小題滿分12分)在平面直角坐標(biāo)系中,以原點(diǎn)為極點(diǎn),x軸正半軸為極軸建立極坐標(biāo)系,設(shè)橢圓的長軸長為10,中心為(3,0),一個(gè)焦點(diǎn)在直角坐標(biāo)原點(diǎn). (1)求橢圓的直角坐標(biāo)方程,并化為極坐標(biāo)方程; (2)當(dāng)橢

25、圓過直角坐標(biāo)原點(diǎn)的弦長為時(shí),求弦所在直線的直角坐標(biāo)方程. 解:(1)由已知,得a=5,c=3,故b==4, 所以橢圓的直角坐標(biāo)方程為+=1. 由于x=ρcos θ,y=ρsin θ,代入上式,得 +=1, 即25ρ2=(16+3ρcos θ)2,即5ρ=16+3ρcos θ. 所以橢圓的極坐標(biāo)方程為ρ=. (2)設(shè)過直角坐標(biāo)原點(diǎn)的弦的傾斜角為θ,弦的兩端點(diǎn)分別為P1(ρ1,θ),P2(ρ2,θ+π),則有ρ1=, ρ2=. 由于ρ1+ρ2=,所以+=,則 =?cos2θ=?cos θ= ?θ=或θ=. 所以所求直線的直角坐標(biāo)方程為y=x或y=-x. 18.(本小題滿分

26、14分)如圖所示,點(diǎn)P為直線x+y=1上的動點(diǎn),O為原點(diǎn),求正方形OPQR的頂點(diǎn)R,Q軌跡的極坐標(biāo)方程,并化成直角坐標(biāo)方程. 解:以O(shè)x為極軸建立極坐標(biāo)系,則直線x+y=1的極坐標(biāo)方程為ρ(cos θ+sin θ)=1. 設(shè)點(diǎn)P(ρ0,θ0),Q(ρ1,θ1),R(ρ2,θ2), 由題意① ② 由①得 ∵ρ0(cos θ0+sin θ0)=1, ∴點(diǎn)Q的軌跡方程為 ρ1=1, 化簡得ρ1sin θ1=1或ρ1cos θ1=1. 化為直角坐標(biāo)方程為y=1或x=1. 由②得 代入ρ0(cos θ0+sin θ0)=1得 ρ2=1, 化簡得點(diǎn)R的軌跡方程為 ρ2(sin θ2-cos θ2)=1或ρ2(cos θ2-sin θ2)=1. 化為直角坐標(biāo)方程為:x-y+1=0或x-y-1=0.

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