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极坐标与参数方程知识点总结

第一部分:

坐标系与参数方程

【考纲知识梳理】

1平面直角坐标系中的坐标伸缩变换

设点P(x,y)是平面直角坐标系中的任意一点,在变换®:

严"一・x,(匸〉0)的作用下,点p(x,y)对应到点

y=U・y,(A;>0)'

Px,y■,称「为平面直角坐标系中的坐标伸缩变换,简称伸缩变换.M於①]

2•极坐标系的概念

(1)极坐标系如图

(1)所示,在平面内取一个定点0,叫做极点,自极点0引一条射线Ox,叫做极轴;再选定一个长度单位,一

个角度单位(通常取弧度)及其正方向(通常取逆时针方向),这样就建立了一个极坐标系•

注:

极坐标系以角这一平面图形为几何背景,而平面直角坐标系以互相垂直的两条数轴为几何背景;平面直角

坐标系内的点与坐标能建立一一对应的关系,而极坐标系则不可•但极坐标系和平面直角坐标系都是平面坐

标系•

(2)极坐标

设M是平面内一点,极点0与点M的距离|0M|叫做点M的极径,记为;以极轴0灿始边,射线0M为终边的角•x0M叫做点M的极角,记为—有序数对几二叫做点M的极坐标记作M匸门•一般地,不作特殊说明时,我们认为「_0门可取任意实数•特别地,当点M在极点时,它的极坐标为0,匚<三R。

和直角坐标不同,平面内一个点的极坐标有无数种表示•如果规定T-0,0":

^:

:

:

2-,那么除极点外,平面内的点可用

唯一的极坐标几二表示;同时,极坐标订二表示的点也是唯一确定的

3•极坐标和直角坐标的互化

(1)互化背景:

把直角坐标系的原点作为极点,x轴的正半轴作为极轴,并在两种坐标系中取相同

的长度单位,如图

(2)所示:

(2)互化公式:

设M是坐标平面内任意一点,它的直角坐标是x,y,极坐标是:

:

:

0,于

是极坐标与直角坐标的互化公式如表:

点M

直角坐标(X,y)

极坐标(巴日)

互化公式

Pcos日=Psin日

P2=x2+y2tan®-y(x式0)

x

在一般情况下,由tan二确定角时,可根据点M所在的象限最小正角

 

4•常见曲线的极坐标方程

曲线

图形

极坐标方程

圆心在极点,半径为r的圆

P=r(0兰eC2兀)

圆心为(r,0)半径为r的圆

°(^•-

fKTt

P=2r<0<

<22丿

圆心为r,一i,半径为r的圆

<2丿

OJ

P=2rsin日(0<0

过极点,倾斜角为a的直线

⑴日=g(PeR或日=兀+ot(PER)

(2)9=a(P>0或日=兀+口(PZ0)

过点(a,0),与极轴垂直的直线

1

O|(u.O)

(3131、

Pcos日=a—一<0<—i

<22丿

(兀)

过点a,—|,与极轴平行的直'、、2丿

线

()

(叭¥)

1—

・•X

PsinB=a(0cB<兀:

注:

由于平面上点的极坐标的表示形式不唯一,即几二,匚2二•v,-几二•v,-匚-二•v都表示同一

点的坐标,这与点的直角坐标的唯一性明显不同•所以对于曲线上的点的极坐标的多种表示形式,只要求至少

有一个能满足极坐标方程即可•例如对于极坐标方程P=^点M—A[可以表示为<44;

p=e.

二、参数方程

i•参数方程的概念

「X=f(t)

一般地,在平面直角坐标系中,如果曲线上任意一点的坐标(x,y)都是某个变数t的函数」①,并且对

』=g(t)

于t的每一个允许值,由方程组①所确定的点Mx,y都在这条曲线上,那么方程①就叫做这条曲线的参数

方程,联系变数x,y的变数t叫做参变数,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•参数方程和普通方程的互化

(1)曲线的参数方程和普通方程是曲线方程的不同形式,一般地可以通过消去参数而从参数方程得到普通方

程.

(2)如果知道变数x,y中的一个与参数t的关系,例如x=ft,把它代入普通方程,求出另一个变数与参数

的关系y=g(t),那么丿''就是曲线的参数方程,在参数方程与普通方程的互化中,必须使(x,y)的取

y=g(t)

值范围保持一致.

注:

普通方程化为参数方程,参数方程的形式不一定唯一。

应用参数方程解轨迹问题,关键在于适当地设

参数,如果选用的参数不同,那么所求得的曲线的参数方程的形式也不同。

3.圆的参数

如图所示,设圆0的半径为r,点M从初始位置Mo出发,按逆时针方向在圆O上作匀速圆周运动,设

x=rcos日

M(x,y),则丿(占为参数)。

这就是圆心在原点0,半径为r的圆的参数方程,其中6的几何意

y=rsin日

2d22

义是OM。

转过的角度。

圆心为a,b,半径为r的圆的普通方程是x-a,y-b二r2,

x—a+rcos日

它的参数方程为:

」(日为参数L

y=b+rsin。

4•椭圆的参数方程

22

以坐标原点O为中心,焦点在X轴上的椭圆的标准方程为牛•爲=1ab0其参数方程为

a2b2

x=acos®

严为参数),其中参数®称为离心角;焦点在y轴上的椭圆的标准方程是

y=bsin®

-/

22-bcosq)

岭十务=1(a>b>0)其参数方程为」茁W为参数)其中参数申仍为离心角,通常规定参数弟的

ab』=asin®

范围为0,2二。

注:

椭圆的参数方程中,参数「的几何意义为椭圆上任一点的离心角,要把它和这一点的旋转角区分开

来,除了在四个顶点处,离心角和旋转角数值可相等外(即在0到2二的范围内),在其他任何一点,两个

n_n

角的数值都不相等。

但当0_〉-—时,相应地也有0--一,在其他象限内类似。

22

5.双曲线的参数方程

xasec【P—_

二(申为参数),其中®乏b,2兀且®式冬严式一。

y=btan®22

 

以上参数都是双曲线上任意一点的离心角。

6.

抛物线的参数方程

7.直线的参数方程

注:

直线参数方程中参数的几何意义:

过定点M0x0,y0,倾斜角为:

•的直线I的参数方程为

X=X0+tCOS。

j」

(t为参数),其中t表示直线I上以定点M°为起点,任一点M(x,y)为终点的有向线段y=y0+tsin。

M°M的数量,当点M在M°上方时,t>0;当点M在M°下方时,tv0;当点M与M°重合时,t=0。

我们也可以把参数t理解为以M°为原点,直线I向上的方向为正方向的数轴上的点M的坐标,其单位长

度与原直角坐标系中的单位长度相同。

【要点名师透析】

一、坐标系

(一)平面直角坐标系中的伸缩变换

X=3x

〖例〗在同一平面直角坐标系中,已知伸缩变换①:

丿/

2y=y

(1)求点A-,-2经过申变换所得的点A的坐标;

<3/

1

(2)点B经过'变换得到点B(3,2),求点B的坐标;

(3)求直线1:

y=6x经过,变换后所得到直线的「方程;

2

C:

X2丄=1

(4)求双曲线64

经过「变换后所得到曲线C•的焦点坐标。

(二)极坐标与直角坐标的互化

兀5兀

A(2=),B(2,—)

〖例2〗在极坐标系中,如果44为等边二角形ABC的两个顶点,求顶点C的极坐标

(「_0,0:

「:

2二)。

(三)求曲线的极坐标方程

〖例〗已知P,Q分别在/AOB的两边0A,OB上,/AOB=—,“POQ的面积为8,求PQ中点M的3

极坐标方程。

(四)极坐标的应用

〖例〗如图,点A在直线x=4上移动,"OPA为等腰直角三角形,"OPA的顶角为/OPA(O,P,A依次按顺时针方向排列),求点P的轨迹方程,并判断轨迹形状。

二、参数方程

(一)把参数方程化为普通方程

x=-4+cosf,rx=8cos3;

1例〗已知曲线cl:

2=3+別毗(t为参数),c】:

»=%皿8,(0为参数)。

(1)化c一,c_的方程为普通方程,并说明它们分别表示什么曲线;

(2)若C-上的点P对应的参数为t,Q为C-上的动点,求中点T至煩线

2

x=^2t

(t为参数)距离的最小值。

y=_2廿

(二)椭圆参数方程的应用

X+h_]

在平面直角坐标系门「中,点匚办二是椭圆-■

上的一个动点,求

的最大值

解答:

 

(三)直线参数方程的应用

〖例〗过点「一川‘作倾斜角为;;的直线与曲线":

'■I交于点3',求二':

|的值及相应

的“的值。

解析:

(四)圆的参数方程的应用

〖例〗已知曲线C的参数方程是

(1)求曲线C的普通方程;

(2)求弦AB的垂直平分线的方程(3)求弦AB的长

【感悟高考真题】

1•在极坐标系中,点(2,3)到圆^=2C0^的圆心的距离为()

^4+兀2/H2

(A)2(B):

9(C)19(D)"3

2.在极坐标系中,圆'二~2sin的圆心的极坐标是()

JlH

(A)2(B)''2(C)(1,°)(D)(1「)

X=COSG

3.在直角坐标系xOy中,曲线C1的参数方程为"引,(<x为参数).在极坐标系(与直角坐标系xOy有相同的长度单位,且以原点O为极点,以x轴正半轴为极轴)中,曲线C2的方程为

p(cos日-sin日)+1=0,则C1与C2的交点个数为

x=2cosa

4.直角坐标系xOy中,曲线C1的参数方程为』F3sinCt(。

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,曲线C2的方程为

p(cos-sin日)+1=0,则G与C2的交点个数为

轴正半轴建立直角坐标系,则该曲线的直角坐标方程为

"x=3+cosG

 

x=2cos二

12.(2011新课标全国高考理科

•T23)在直角坐标系xOy中,曲线C1的参数方程为22sin'(?

uuvuuuv

为参数)M是C1上的动点,P点满足OP=2°M,P点的轨迹为曲线C2(I)求C2的方程

Q=-

(n)在以O为极点,x轴的正半轴为极轴的极坐标系中,射线3与C1的异于极点的交点为A,与C2

的异于极点的交点为B,求

13.(2011新课标全国高考文科-T23)在直角坐标系xOy中,曲线C1的参数方程为

x=2cos:

uuvuuu

y二2•2SIn〉(:

.为参数)M是C1上的动点,P点满足OP=20M,P点的轨迹为曲线C2

(I)求C2的方程

e=-

(n)在以O为极点,x轴的正半轴为极轴的极坐标系中,射线3与C1的异于极点的交点为A,与C2

14.(2011•辽宁高考理科・T23)(本小题满分10分)(选修4-4:

坐标系与参数方程)在平面直角坐标系

xOy中,曲线C1的参数方程为

—豐申为参数)

』=si,曲线C2的参数方程为

 

X=acos;(aAb>0,®为参数)

.y^bsin,.在以o为极点,x轴的正半轴为极轴的极坐标系中,射线1:

9=a与

n

C1,C2各有一个交点.当a=0时,这两个交点间的距离为2,当a=2时,这两个交点重合.

(I)分别说明C1,C2是什么曲线,并求出a与b的值;

nn

(II)设当〉=4时,I与C1,C2的交点分别为A1,B1,当a=-4时,I与C1,

C2的交点为A2,B2,求四边形A1A2B2B1的面积.

15.极坐标P=C°s^和参数方程•y二2V(t为参数)所表示的图形分别是(D)

A.直线、直线B.直线、圆C.圆、圆D.圆、直线

16.极坐标方程(p-1)=(p-0)表示的图形是

(A)两个圆(B)两条直线(C)一个圆和一条射线(D)一条直线和一条射线

17.在极坐标系(p9)(0<9<2)中,曲线p=sin日与pc°s^=一1的交点的极坐标为.

18.已知P为半圆C:

丿(日为参数,°兰日兰71)上的点,点A的坐标为(1,0),O为坐标原点,

y=sin日

点M在射线OP上,线段OM与C的弧AP的长度均为一。

3

(I)以O为极点,x轴的正半轴为极轴建立极坐标系,求点M的极坐标;

(II)求直线AM的参数方程。

【考点模拟演练】

一、选择题

二、填空题

0=6截圆p=2cos

12.直线2x+3y—1=0经过变换可以化为6x+6y—1=0,则坐标变换公式是

X二t

13.(皖南八校2011届高三第二次联考)已知平面直角坐标系xOy内,直线I的参数方程式为・y=t一2(t

P=2罷sin(日+工)为参数),以Ox为极轴建立极坐标系(取相同的长度单位),圆C的极坐标方程为4,

则直线I的圆C的位置关系是。

X=x0+tcos日

14.已知曲线的参数方程为y=y°+tsinH汾别以t和°为参数得到两条不同的曲线,这两条曲线公共点个数

为.

15.已知2x2+3y2-6x=0(x,y€R),则x2+y2的最大值为.

16.从极点O作直线与另一直线I:

'cos*4相交于点M,在OM上取一点P,使OM•OP=12,则点P的轨迹方程为.

三、解答题

17.在极坐标系中,已知圆

C的圆心C®n,半径r=3,

(1)求圆C的极坐标方程;

⑵若Q点在圆C上运动,

P在OQ的延长线上,且|OQ|:

|QP|=3:

2,求动点

P的轨迹方程.

18.在极坐标系中,直线

n

l的极坐标方程为9=3(PR),以极点为原点,极轴为

x轴的正半轴建立平面直

x=2cosa

角坐标系,曲线C的参数方程为(a为参数),求直线I与曲线C的交点P的直角坐标.

y=1+cos2a

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