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  • 坐标系与参数方程习题02

    例1【相关点法求轨迹方程】

    在直角坐标系(xoy)中,以坐标原点为极点,(x)轴正半轴为极轴建立极坐标系,直线(l_1)的参数方程为(egin{cases}x=t\y=atend{cases}(t为参数))

    曲线(C_1)的方程为( ho( ho-4sin heta)=12),定点(A(6,0)),点(P)(C_1)上的动点,(Q)(AP)的中点,

    (1)、求点(Q)的轨迹(C_2)的直角坐标方程;

    (2)、直线(l)与曲线(C_2)交于(A、B)两点,若(|AB|ge 2sqrt{3}),求实数(a)的取值范围;

    分析:(1)【法1】:将曲线(C_1)的极坐标方程化为直角坐标方程为(x^2+y^2-4y=12)

    设点(P(x',y')),点(Q(x,y)),由(Q)(AP)的中点,

    得到(egin{cases}x'=2x-6\y'=2yend{cases})

    代入(x^2+y^2-4y=12),(此方法叫相关点法)

    得到点(Q)的轨迹(C_2)的直角坐标方程为((x-3)^2+(y-1)^2=4)

    【法2】:参数方程法,将曲线(C_1)的直角坐标方程为(x^2+y^2-4y=12),即(x^2+(y-2)^2=16)

    化为参数方程得到(egin{cases}x=4cos heta\y=2+4sin hetaend{cases}( heta为参数)),定点(A(6,0))

    则其中点(Q(2cos heta+3,1+2sin heta))

    即点(Q)的参数方程为(egin{cases}x=2cos heta+3\y=1+2sin hetaend{cases}( heta为参数))

    消去参数得到,点(Q)的轨迹(C_2)的直角坐标方程为((x-3)^2+(y-1)^2=4)

    (2)、遇到直线和圆的位置关系问题,我们常常想到弦长半径和弦心距的(RtDelta)

    由题可知,直线(l)的直角坐标方程为(y=ax),由(|AB|ge 2sqrt{3})

    可得圆心((3,1))到直线(y=ax)的点线距(d=sqrt{2^2-(cfrac{2sqrt{3}}{2})^2}leq 1)

    (d=cfrac{|3a-1|}{sqrt{a^2+1}}leq 1),平方得到

    ((3a-1)^2leq (a^2+1)),解得(0leq aleq cfrac{3}{4})

    故实数(a)的取值范围为([0, cfrac{3}{4}])

    例2【求轨迹方程】已知圆(C:x^2+y^2=4),直线(l:x+y=2),以坐标原点为极点,(x)轴正半轴为极轴建立极坐标系,

    (1)、将圆(C)和直线(l)的方程化为极坐标方程;

    简析:(C: ho=2)(l: ho(cos heta+sin heta)=2)

    (2)、点(P)是直线(l)上的点,射线(OP)交圆(C)于点(R),又点(Q)(OP)

    且满足(|OQ|cdot|OP|=|OR|^2),当点(P)在直线(l)上移动时,求点(Q)的轨迹的极坐标方程;

    【思路一】:碰到这样的问题,我们一般是想着在直角坐标系下进行相应的运算,然后将结果转化成极坐标系即可,

    设点(P(x_1,y_1)),点(Q(x,y))

    这样由(|OQ|cdot|OP|=|OR|^2)(|OR|=2),变形得到(sqrt{x^2+y^2}cdot sqrt{x_1^2+y_1^2}=4①)

    为得到关于点(Q)的轨迹方程,需要转化去掉方程中的变量(x_1)(y_1)

    为此我们注意到(cfrac{x_1}{x}=cfrac{y_1}{y}=t>0),则

    (x_1=tcdot x)(y_1=tcdot y)

    代入方程①得到(sqrt{x^2+y^2}cdot sqrt{t^2x^2+t^2y^2}=4)

    ((x^2+y^2)sqrt{t^2}=(x^2+y^2)cdot t=4②)

    这样就多出来了一个变量(t),只要将他想办法去掉就可以了,

    又由于(x_1+y_1=2),即(tx+ty=2)

    这样(t=cfrac{2}{x+y})

    代入方程②得到,((x^2+y^2)cdotcfrac{2}{x+y}=4)

    即点(Q)的轨迹方程的直角坐标方程为(x^2+y^2=2(x+y))

    即点(Q)的轨迹方程为( ho=2(sin heta+cos heta))( ho eq 0)

    【思路二】:极坐标系法,设点(P( ho_1, heta)),点(Q( ho, heta)),点(R( ho_0, heta))

    则有( ho_0=2),且( ho_1(cos heta+sin heta)=2)

    则由(|OQ|cdot|OP|=|OR|^2)(|OR|=2),得到( hocdot ho_1=4)

    ( hocdot cfrac{2}{cos heta+sin heta}=4)

    整理得到,( ho=2(sin heta+cos heta))

    即点(Q)的轨迹方程为( ho=2(sin heta+cos heta))( ho eq 0)

    解后反思:

    1、通过两种思路的比较,我们基本能体会到极坐标系是有其自身的优越性的,法1一开始是四个变量,法2一开始就只有三个变量( ho, ho_1, heta),当将( ho_1)做代换之后,立马就变成了两个变量,结果也就出来了。

    2、由此题目我们还可以延伸思考,若给定条件是(cfrac{|OQ|}{|OP|}=4),或者(|OQ|pm|OP|=4),那么用极坐标法都是比较简单的。

    例3【伸缩变换】【2016洛阳模拟】已知曲线(C)的极坐标方程是( ho=2),以极点为原点,极轴为(x)轴的正半轴建立平面直角坐标系,直线(l)的参数方程为(egin{cases}x=1+t\y=2+sqrt{3}tend{cases}(t为参数))

    (1)写出直线(l)的普通方程与曲线(C)的直角坐标方程;

    (2)设曲线(C)经过伸缩变换(egin{cases}x'=x\y'=cfrac{1}{2}yend{cases})得到曲线(C'),设(M(x,y))为曲线(C')上任意一点,求(x^2-sqrt{3}xy+2y^2)的最小值,并求相应的点(M)的坐标。

    分析:(1)消去参数(t),得到直线(l)的普通方程为(sqrt{3}x-y-sqrt{3}+2=0)

    ( ho=2),得到曲线(C)的直角坐标方程为(x^2+y^2=4)

    (2)曲线(C:x^2+y^2=4)经过伸缩变换(egin{cases}x'=x\y'=cfrac{1}{2}yend{cases})得到曲线(C')

    即将(x=x',y=2y')代入(C:x^2+y^2=4)得到,(x'^2+4y'^2=4)

    整理得到曲线(C':cfrac{x^2}{4}+y^2=1)

    由曲线(C')的参数方程得到点(M(2cos heta,sin heta))

    (x=2cos heta,y=sin heta),代入得到

    (x^2-sqrt{3}xy+2y^2=(2cos heta)^2-sqrt{3}cdot 2cos hetacdot sin heta+2sin^2 heta)

    (=4cos^2 heta+2sin^2 heta-cfrac{sqrt{3}}{2}sin2 heta)

    (=2+2cos^2 heta-cfrac{sqrt{3}}{2}sin2 heta)

    (=2+1+cos2 heta-cfrac{sqrt{3}}{2}sin2 heta)

    (=3-2sin(2 heta-cfrac{pi}{6}))

    (2 heta-cfrac{pi}{6}=2kpi+cfrac{pi}{2}(kin Z))

    ( heta=kpi+cfrac{pi}{3}(kin Z))时,

    即点(M(1,cfrac{sqrt{3}}{2}))(M(-1,-cfrac{sqrt{3}}{2}))时,

    (x^2-sqrt{3}xy+2y^2)的最小值为1.

    例4【2019届凤中高三理科月考1第22题】在平面直角坐标系(xoy)中,直线(l)的参数方程为(left{egin{array}{l}{x=2+t}\{y=1+2t}end{array} ight.(t为参数)),以原点为极点,以(x)轴的非负半轴为极轴建立极坐标系,(odot C)的极坐标方程为( ho^2-4 ho sin heta-12=0)

    (1) 求(odot C)的参数方程;

    分析:将( ho^2=x^2+y^2)(y= hocdot sin heta)

    代入(odot C)的极坐标方程( ho^2-4 ho sin heta-12=0)

    得到(odot C)的直角坐标方程为(x^2+y^2-4y-12=0)

    (x^2+(y-2)^2=16=4^2)

    (odot C)的参数方程为(left{egin{array}{l}{x=4cos heta}\{y=2+4sin heta}end{array} ight.) (( heta为参数, hetain [0,2pi)))

    (2)求直线(l)(odot C)截得的弦长。

    【法1,几何方法,(RtDelta)】将直线(l)的参数方程消参,得到其普通方程为(2x-y-3=0)

    则圆心((0,2))到直线的距离为(d=cfrac{|-2-3|}{sqrt{2^2+1^2}}=sqrt{5})

    则直线(l)(odot C)截得的弦长为(2sqrt{r^2-d^2}=2sqrt{4^2-(sqrt{5})^2}=2sqrt{11})

    【法2,弦长公式】设直线和圆的交点为(A(x_1,y_1),B(x_2,y_2))

    联立得到方程组,(left{egin{array}{l}{2x-y-3=0}\{x^2+y^2-4y-12=0}end{array} ight.)

    消去(y)得到,(x^2+(2x-3)^2-4(2x-3)-12=0)

    整理得到,(5x^2-20x+9=0)

    由韦达定理得到,(x_1+x_2=4)(x_1x_2=cfrac{9}{5})

    由弦长公式得到,(|AB|=sqrt{1+k^2}|x_1-x_2|)

    (=sqrt{1+2^2}sqrt{(x_1+x_2)^2-4x_1x_2})

    (=sqrt{5}sqrt{16-cfrac{36}{5}}=2sqrt{11})

    【法3,利用直线的参数方程求解】图像解释

    直线(l)的参数方程为(left{egin{array}{l}{x=2+t}\{y=1+2t}end{array} ight.(t为参数))

    (此时千万要注意,弦长(|AB| eq |t_1-t_2|),原因是这个参数方程不是标准形式的)

    将其做如下的转化,

    (left{egin{array}{l}{x=2+cfrac{1}{sqrt{5}}cdot sqrt{5}t}\{y=1+cfrac{2}{sqrt{5}}cdot sqrt{5}t}end{array} ight.(t为参数))

    (sqrt{5}t=m),则其参数方程的标准形式为

    (left{egin{array}{l}{x=2+cfrac{1}{sqrt{5}}cdot m}\{y=1+cfrac{2}{sqrt{5}}cdot m}end{array} ight.(m为参数))

    【此时参数(m)的几何意义才是动点到静点的距离的数量,千万要注意,即弦长(|AB|=|m_1-m_2|)

    将直线(l)的参数方程的标准形式代入圆的普通方程得到,

    ((2+cfrac{1}{sqrt{5}}m)^2+(1+cfrac{2}{sqrt{5}}m)^2-4(1+cfrac{2}{sqrt{5}}m)-12=0)

    整理为(m^2-11=0)

    令直线和圆的两个交点(A,B)分别对应的参数为(m_1,m_2)

    (m_1+m_2=0)(m_1m_2=-11)

    此时弦长(|AB|=|m_1-m_2|=sqrt{(m_1+m_2)^2-4m_1m_2}=sqrt{4 imes 11}=2sqrt{11})

    例5以直角坐标系(xoy)的原点为极点,(x)轴的非负半轴为极轴,且两坐标系取相同的长度单位,已知曲线(C)的参数方程为(left{egin{array}{l}{x=4+3cos heta}\{y=3+3sin heta}end{array} ight.( heta为参数)),直线(l)的极坐标方程为( heta=alpha)(alphain[0,pi), hoin R)

    (1)求曲线(C)的极坐标方程。

    分析:先将曲线(C)的参数方程消去参数,

    得到普通方程为(cfrac{(x-4)^2}{3^2}+cfrac{(y-3)^2}{3^2}=1)

    ((x-4)^2+(y-3)^2=9)

    再将(x= hocdot cos heta)(y= hocdot sin heta)(x^2+y^2= ho^2)代入,消去(x,y)

    整理得到曲线(C)的极坐标方程为( ho^2-8 ho cos heta-6 ho sin heta+16=0)

    (2)若直线(l)和曲线(C)交于(A、B)两点,求(|OA|+|OB|)的最大值。

    【法1】在极坐标下思考并运算,

    联立(left{egin{array}{l}{ ho^2-8 ho cos heta-6 ho sin heta+16=0}\{ heta=alpha}end{array} ight.)

    消去( heta),整理得到,

    ( ho^2-8 ho cosalpha-6 ho sinalpha+16=0)

    ( ho^2-(8cosalpha+6sinalpha) ho+16=0)

    由韦达定理可知,( ho_A+ ho_B=8cosalpha+6sinalpha)

    且由图可知,(alphain[0,cfrac{pi}{2}))

    (|OA|+|OB|= ho_A+ ho_B=8 cosalpha+6 sinalpha)

    (=10sin(alpha+phi)),其中(tanphi=cfrac{4}{3})

    故当(alpha+phi=cfrac{pi}{2})时,([|OA|+|OB|]_{max}=10)

    【法2】在直角坐标系下思考运算,

    直线(l)的参数方程为(left{egin{array}{l}{x=cos hetacdot t}\{y=sin hetacdot t}end{array} ight.(t为参数))

    将其代入曲线(C)的普通方程((x-4)^2+(y-3)^2=9)中,整理得到

    (t^2-(8cos heta+6sin heta)t+16=0)

    要使直线和曲线有两个交点,则必须先满足(Delta=(8cos heta+6sin heta)^2-4 imes 16>0)

    (10^2sin^2( heta+phi)>64),即(|sin( heta+phi)|>cfrac{4}{5})

    其实对应到图形上,就是要限制( heta)的范围,不能超过(cfrac{pi}{2})

    在此前提下,设点(A、B)分别对应参数为(t_1,t_2)

    则由韦达定理可知,(t_1+t_2=8cos heta+6sin heta)(t_1cdot t_2=16)

    由图可知,( hetain (0,cfrac{pi}{2})),故可知(t_1>0,t_2>0)

    (|OA|+|OB|=|t_1|+|t_2|)

    (=t_1+t_2=8cos heta+6sin heta)

    (=10sin( heta+phi)),其中(tanphi=cfrac{4}{3})

    故当( heta+phi=cfrac{pi}{2})时,([|OA|+|OB|]_{max}=10)

    例6已知直线(l: hocdot sin( heta-cfrac{pi}{4})=4)和圆(C: ho=2kcos( heta+cfrac{pi}{4})(k eq 0)),若直线(l)上的点到圆(C)上的点的最小距离等于(2),求实数(k)的值并求圆心(C)的直角坐标。

    分析:简单提示,圆(C)的直角坐标方程为(x^2+y^2-sqrt{2}kx+sqrt{2}ky=0)

    ((x-cfrac{sqrt{2}}{2}k)^2+(y+cfrac{sqrt{2}}{2}k)^2=k^2)

    故圆心(C)的直角坐标为((cfrac{sqrt{2}}{2}k,-cfrac{sqrt{2}}{2}k))

    直线(l)的直角坐标方程为(x-y+4sqrt{2}=0)

    由题目可知,圆心到直线的点线距减去半径等于(2)

    (cfrac{|cfrac{sqrt{2}}{2}k+cfrac{sqrt{2}}{2}k+4sqrt{2}|}{sqrt{2}}-|k|=2)

    (|k+4|=2+|k|),两边平方(注意,一旦平方可能扩大范围,造成增根,故要想到检验)

    得到(|k|=2k+3),再平方,得到(k^2+4k+3=0)

    解得(k=-1)(k=-3),检验得到,(k=-3)舍去,故(k=-1)

    此时圆心坐标为((-cfrac{sqrt{2}}{2},cfrac{sqrt{2}}{2}))

    例7【2019届高三理科资料用题】在平面直角坐标系(xoy)中,曲线(C_1)的参数方程为(left{egin{array}{l}{x=2cosphi}\{y=sinphi}end{array} ight.(phi为参数)),以原点为极点,以(x)轴的非负半轴为极轴建立的极坐标系中,曲线(C_2)是圆心为((3,cfrac{pi}{2})),半径为(1)的圆。

    (1)求曲线(C_1)的普通方程,(C_2)的直角坐标方程;

    分析:消掉参数(phi),得到曲线(C_1)的普通方程为(cfrac{x^2}{4}+y^2=1)

    (C_2)的直角坐标方程为(x^2+(y-1)^2=1)

    (2)设(M)为曲线(C_1)上的点,(N)为曲线(C_2)上的点,求(|MN|)的取值范围。

    分析思路1:设(M(2cosphi,sinphi))(N(cos heta,1+sin heta))

    (|MN|^2=(2cosphi-cos heta)^2+(sinphi-1-sin heta)^2),思路卡壳了。

    分析思路2:借助圆上任意一点到直线的距离的最值得几何方法的思路,

    先求圆心到椭圆上任意一点的距离的最值,然后考虑加减圆的半径。

    (M(2cosphi,sinphi)),曲线(C_2)的圆心为((0,3))

    (|MC_2|^2=(2cosphi-0)^2+(sinphi-3)^2)

    (=4cos^2phi+sin^2phi-6sinphi+9)

    (=-3sin^2phi-6sinphi+13)

    (=-3(sinphi+1)^2+16=f(sinphi))

    (f(sinphi))是对称轴为(sinphi=-1)的开口向下的抛物线,

    由于(-1leq sinphileq 1),故(4leq |MC_2|^2leq 16)

    (|MC_2|_{min}=2)(|MC_2|_{max}=4)

    结合题目可知,(|MN|_{min}=2-1=1)(|MN|_{max}=4+1=5)

    (|MN|)的取值范围是([1,5])

    例8【2019届理科数学周末训练1第22题】已知直线(l)的极坐标方程为( ho sin( heta-cfrac{pi}{3})=0),以极点为平面直角坐标系的原点,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(left{egin{array}{l}{x=2cosalpha}\{y=2+2sinalpha}end{array} ight.(alpha为参数))

    (1)求直线(l)被曲线(C)截得的弦长(|OA|)

    分析:可以从以下四个角度思考,

    ①利用两点间的距离公式;

    【法1】直线(l)的普通方程为(y=sqrt{3}x),圆(C)的普通方程为(x^2+(y-2)^2=2^2)

    联立消掉(y),得到(x^2-sqrt{3}x=0)

    解得,(left{egin{array}{l}{x_1=0}\{y_1=0}end{array} ight.),或(left{egin{array}{l}{x_2=sqrt{3}}\{y_2=3}end{array} ight.)

    由两点间距离公式得到(|OA|=2sqrt{3})

    ②直线和圆相交求弦长的几何方法;

    【法2】直线为(sqrt{3}x-y=0),圆心为(C(0,2))

    则圆心到直线的距离为(d=cfrac{|0-2|}{2}=1),又半径为(2)

    故半弦长为(sqrt{2^2-1^2}=sqrt{3}),则弦长(|OA|=2sqrt{3})

    ③直线的参数方程法;

    【法3】由于直线的普通方程为(y=sqrt{3}x),经过点((0,0)),斜率(k=sqrt{3}),倾斜角( heta=cfrac{pi}{3});

    直线(l)的参数方程为(left{egin{array}{l}{x=0+cfrac{1}{2}t}\{y=0+cfrac{sqrt{3}}{2}t}end{array} ight.(t为参数))

    将其代入圆的普通方程(x^2+(y-2)^2=2^2)

    整理得到(t^2-2sqrt{3}t=0)

    解得(t_1=0)(t_2=2sqrt{3})

    则弦长(|OA|=|t_1-t_2|=2sqrt{3})

    解后反思:直线(l)的参数方程还可以为(left{egin{array}{l}{x=1+cfrac{1}{2}t}\{y=sqrt{3}+cfrac{sqrt{3}}{2}t}end{array} ight.(t为参数)),得到(t^2+(4-2sqrt{3})t+4-4sqrt{3}=0)

    同理可得,(|OA|=|t_1-t_2|=2sqrt{3});

    ④极坐标法;

    【法4】直线的极坐标方程为( heta=cfrac{pi}{3}),圆的极坐标方程为( ho=4sin heta)

    二者联立,得到( ho=4sincfrac{pi}{3}=2sqrt{3})。即所求弦长(|OA|=2sqrt{3})

    解后反思:本题目中直线(l)的极坐标方程可以是( ho sin( heta-cfrac{pi}{3})=0),也可以是( heta=cfrac{pi}{3}),说明同样的直线(l)的极坐标方程可能不唯一;

    (2)从极点做曲线(C)的弦,求弦的中点(M)轨迹的极坐标方程。

    分析:可以从以下三个角度思考:

    ①利用平面直角坐标系下的中点公式;

    【法1】在平面直角坐标系中,设过坐标原点的直线和圆相交于点(P(x_0,y_0)),则所得弦的中点坐标为(M(x,y))

    (left{egin{array}{l}{2x=x_0}\{2y=y_0}end{array} ight.),又点(P(x_0,y_0))在圆(x^2+(y-2)^2=2^2)上,

    代入整理得到普通方程为(x^2+(y-1)^2=1)

    即其极坐标方程为( ho=2sin heta),其中( hetain(0,pi)),而不是( hetain[0,pi)),以保证弦的存在。

    ②利用圆的参数方程;

    由于圆上任意一动点(P)的坐标(P(2cos heta,2+2sin heta)),则弦的中点(M(cos heta,1+sin heta))

    即点(M)的参数方程为(left{egin{array}{l}{x=cos heta}\{y=1+sin heta}end{array} ight.( heta为参数))

    消去参数( heta),得到普通方程为(x^2+(y-1)^2=1)

    即其极坐标方程为( ho=2sin heta),其中( hetain(0,pi)),而不是( hetain[0,pi)),以保证弦的存在。

    ③利用极坐标法;

    【法3】曲线(C)的极坐标方程为( ho=4sin heta),过极点的直线的极坐标方程为( heta=alpha)

    设直线和曲线(C)的交点的极坐标为(( ho_1,alpha)),则弦的中点(M)的极坐标为(( ho,alpha))

    由题目可知,( ho_1=2 ho),代入曲线(C)的极坐标方程为(2 ho=4sinalpha)

    得到( ho=2sinalpha),其中(alphain(0,pi))

    故弦的中点(M)轨迹的极坐标方程为( ho=2sinalpha),其中(alphain(0,pi))

    说明:由于弦的中点要存在,则必须保证( ho eq 0),即原来的(alphain[0,pi))必须变为(alphain(0,pi))

    例9在平面直角坐标系(xOy) 中,曲线 (C)的参数方程为(left{egin{array}{l}{x=a+acoseta}\{y=asineta}end{array} ight.(a>0,eta为参数))。以(O)为极点,(x)轴的正半轴为极轴,建立极坐标系,直线(l)的极坐标方程为( hocdot cos( heta-cfrac{pi}{3})=cfrac{3}{2})

    (1)若曲线(C)(l)只有一个公共点,求(a)的值;

    分析:由题意知,曲线(C)是以((a,0))为圆心,以(a) 为半径的圆,

    直线(l) 的直角坐标方程为(x+ 3y-3=0)

    由直线(l) 与圆(C)只有一个公共点,可得(cfrac{|a-3|}{sqrt{1^2+(sqrt{3})^2}}=a)

    解得(a=1)(a=-3)(舍去,由于(a>0)).

    (2)(A,B)为曲线(C)上的两点,且(angle AOB=cfrac{pi}{3}),求(Delta OAB)面积的最大值.

    分析:曲线(C)是以((a,0))为圆心,以(a)为半径的圆,且(angle AOB=cfrac{pi}{3})

    则圆(C)(Delta OAB)的外接圆,其半径为(a)

    由正弦定理得(cfrac{|AB|}{sincfrac{pi}{3}}=2a) ,所以(|AB|=sqrt{3}a).

    (|AB|^2=3a^2= |OA|^2+|OB|^2 -2|OA|cdot |OB|cdot coscfrac{pi}{3}ge |OA|cdot |OB|)

    当且仅当(|OA|=|OB|=cfrac{sqrt{6}a}{2})时取得等号;

    所以 (S_{Delta OAB} =cfrac{1}{2}|OA|cdot |OB|sincfrac{pi}{3})

    (leq cfrac{1}{2} imes 3a^2 imes cfrac{sqrt{3}}{2}=cfrac{3sqrt{3}a^2}{4})

    (Delta OAB)面积的最大值为(cfrac{3sqrt{3}a^2}{4})

    例10【2019届高三理科参数方程课时作业习题】已知椭圆(left{egin{array}{l}{x=2cosphi}\{y=sinphi}end{array} ight.(phi为参数))(A、B)(C)上的动点,且满足(OAperp OB)((O)为坐标原点),以原点(O)为极点,以(x)轴为正半轴为极轴建立极坐标系,点(D)的极坐标为((-4,cfrac{pi}{3}))

    (1)求线段(AD)的中点(M)的轨迹(E)的普通方程。

    分析:点(D)的直角坐标为((-2,-2sqrt{3})),(计算方法:(x= hocdot cos heta)等),由题意可设(A)的坐标为((2cosalpha,sinalpha))

    (AD)的中点(M)的坐标为((-1+cosalpha,-sqrt{3}+cfrac{1}{2}sinalpha))

    所以(M)的轨迹(E)的参数方程为(left{egin{array}{l}{x=-1+cosalpha}\{y=-sqrt{3}+cfrac{1}{2}sinalpha}end{array} ight.(alpha为参数))

    消参得到,轨迹(E)的普通方程为((x+1)^2+4(y+sqrt{3})^2=1)

    (2)利用椭圆(C)的极坐标方程证明(cfrac{1}{|OA|^2}+cfrac{1}{|OB|^2})为定值,并求(Delta ABC)面积的最大值。

    分析:椭圆(C)的普通方程为(cfrac{x^2}{4}+y^2=1)

    化为极坐标方程为( ho^2+3 ho^2sin^2 heta=4)

    变形得到,( ho^2=cfrac{4}{1+3sin^2 heta})( ho=cfrac{2}{sqrt{1+3sin^2 heta}})

    (OAperp OB),可设(A( ho_1, heta))(B( ho_2, heta+cfrac{pi}{2}))

    所以(cfrac{1}{|OA|^2}+cfrac{1}{|OB|^2})

    (=cfrac{1}{ ho_1^2}+cfrac{1}{ ho_2^2})

    (=cfrac{1+3sin^2 heta}{4}+cfrac{1+3sin^2( heta+frac{pi}{2})}{4})

    (=cfrac{2+3sin^2 heta+3cos^2 heta}{4}=cfrac{5}{4}),(定值)。

    (S_{Delta AOB}=cfrac{1}{2} ho_1 ho_2=cfrac{1}{2}cdot cfrac{2}{sqrt{1+3sin^2 heta}}cdot cfrac{2}{sqrt{1+3cos^2 heta}})

    (=cfrac{2}{sqrt{(1+3sin^2 heta)(1+3cos^2 heta)}})

    (=cfrac{2}{sqrt{1+3+9sin^2 heta cos^2 heta}})

    (=cfrac{2}{sqrt{4+cfrac{9}{4}sin^22 heta}})

    (sin2 heta=0)时,(S_{Delta AOB})的最大值为(1)

    例11【2019届高三理科跟踪训练1习题】已知(P)为半圆(C:left{egin{array}{l}{x=cos heta}\{y=sin heta}end{array} ight.( heta为参数,0leq hetaleq pi))上的点,点(A)的坐标为((1,0))(O)为坐标原点,点(M)在射线(OP)上,线段(OM)(C)的弧(AP)的长度均为(cfrac{pi}{3})

    (1)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。

    分析:由已知,点(M)的极角为(cfrac{pi}{3}),极径等于(cfrac{pi}{3})

    故点(M)的极坐标为((cfrac{pi}{3},cfrac{pi}{3}))

    (2)求直线(AM)的参数方程。

    分析:由上可知,点(M)的直角坐标为((cfrac{pi}{6},cfrac{sqrt{3}pi}{6}))(A(1,0))

    (k_{AM}=tan heta=cfrac{cfrac{sqrt{3}pi}{6}-0}{cfrac{pi}{6}-1}=cfrac{sqrt{3}pi}{pi-6})

    (下面的参数方程所过的定点用的是(A(1,0)),简单)课件说明

    故直线(AM)的参数方程可以写为(left{egin{array}{l}{x=1+(cfrac{pi}{6}-1)t}\{y=0+cfrac{sqrt{3}pi}{6}t}end{array} ight.(t为参数))

    或也可以写成(left{egin{array}{l}{x=1+(pi-6)t}\{y=0+sqrt{3}t}end{array} ight.(t为参数))

    当然,我们也可以费事,求出真正的(sin heta)(cos heta)的值,不过麻烦的很。此处由于没有要求标准形式,故可以仿上完成。

    自然,我们还可以做成经过的定点是(M(cfrac{pi}{6},cfrac{sqrt{3}pi}{6}))

    则直线(AM)的参数方程还可以写为(left{egin{array}{l}{x=cfrac{pi}{6}+(cfrac{pi}{6}-1)t}\{y=cfrac{sqrt{3}pi}{6}+cfrac{sqrt{3}pi}{6}t}end{array} ight.(t为参数))

    例12【2019届高三理科参数方程课时作业习题第3题】在平面直角坐标系(xOy) 中,曲线 (C)的参数方程为(left{egin{array}{l}{x=2tcoseta}\{y=2sineta}end{array} ight.(t为非零常数,eta为参数))。以(O)为极点,(x)轴的正半轴为极轴,建立极坐标系,直线(l)的极坐标方程为( hocdot sin( heta-cfrac{pi}{4})=2sqrt{2})

    (1)求曲线(C)的普通方程,并说明曲线的形状;

    分析:由于(t eq 0),故将曲线 (C)的参数方程转化为普通方程为(cfrac{x^2}{4t^2}+cfrac{y^2}{4}=1)

    ①当(4t^2=4)时,即(t=pm 1)时,曲线 (C)为圆心在原点,半径为(2)的圆;

    ②当(4t^2>4)时,即(t<-1)(t>1)时,曲线 (C)是长轴长为(4|t|),短轴长为(4),焦点在(x)轴的椭圆;

    ③当(4t^2<4)时,即(-1<t<0)(0<t<1)时,曲线 (C)是长轴长为(4),短轴长为(4|t|),焦点在(y)轴的椭圆;

    (2)是否存在实数(t),使得直线(l)与曲线(C)有两个不同的交点(A、B),且(overrightarrow{OA}cdot overrightarrow{OB}=10),若存在,试求出(t)值,若不存在,说明理由。

    分析:本题目属于探究性问题,解答格式如下:

    设存在实数(t),满足题意,由题目可知直线的普通方程为(x-y+4=0)

    联立直线和曲线的方程,消去(y)得到,(cfrac{x^2}{t^2}+(x+4)^2=4)

    化简整理得到,((1+t^2)x^2+8t^2x+12=0)

    设直线和曲线的两个交点的坐标为(A(x_1,y_1))(B(x_2,y_2))

    则必有(Delta =64t^4-4(1+t^2) imes 12t^2>0)

    解得(t^2>3)①;

    又由韦达定理(x_1+x_2=-cfrac{8t^2}{1+t^2})(x_1x_2=cfrac{12t^2}{1+t^2})

    (overrightarrow{OA}cdot overrightarrow{OB}=x_1x_2+y_1y_2)

    (=x_1x_2+(x_1+4)(x_2+4)=2x_1x_2+4(x_1+x_2)+16=10)

    解得(t^2=3)②,

    由于①②矛盾,故不存在满足题意的实数(t)

    【解后反思】

    ①注意探究性问题的解题规范,先假设存在,然后进行相关的推理论证,若有矛盾,则不存在,若无矛盾,则一定能求得相应的参数的值。

    ②比如本题目中,若在前半部分推理得到的结论是(t^2>2),后半部分结论不变,为(t^2=3),则这时满足题意的(t)值是存在的,为(t=pm sqrt{3})

    例13【2019届高三理科参数方程课时作业习题第5题】【2018东北三省三校一模】

    已知曲线(C)的坐标方程为(x^2+y^2=2x),直线(l)的参数方程为(left{egin{array}{l}{x=m+cfrac{sqrt{3}}{2}t}\{y=cfrac{1}{2}t}end{array} ight.(t为参数))

    (1)求直线(l)的普通方程;

    分析:直线(l)的普通方程为(x=sqrt{3}y+m)

    (2)设点(P(m,0)),若直线(l)与曲线(C)交于(A,B)两点,且(|PA|cdot|PB|=1),求实数(m)的值。

    分析:将直线(l)的参数方程为(left{egin{array}{l}{x=m+cfrac{sqrt{3}}{2}t}\{y=cfrac{1}{2}t}end{array} ight.(t为参数))代入方程(x^2+y^2=2x)

    整理得到(t^2+(sqrt{3}m-sqrt{3})t+m^2-2m=0)

    (Delta >0),解得(-1<m<3)

    (t_1t_2=m^2-2m),则(|PA||PB|=1=|t_1t_2|)

    (m^2-2m=pm 1),解得(m=1pm sqrt{2}),或(m=1)

    都满足(-1<m<3),故(m=1pm sqrt{2}),或(m=1)

    例14【2019届高三理科参数方程课时作业习题第7题】【2018太原模拟】

    已知在直角坐标系(xoy)中,圆(C_1:x^2+y^2=4),圆(C_2:x^2+(y-2)^2=4)

    (1)、以(O)为极点,(x)轴的正半轴为极轴,建立极坐标系,求圆(C_1、C_2)的极坐标方程及其交点的极坐标;

    分析:由题意将普通方程化为极坐标方程,圆(C_1)的极坐标方程为( ho=2)

    (C_2)的极坐标方程为( ho=4sin heta)

    则有(left{egin{array}{l}{ ho=2}\{ ho=4sin heta}end{array} ight.)

    解得(left{egin{array}{l}{ ho=2}\{ heta=cfrac{pi}{6}}end{array} ight.)(left{egin{array}{l}{ ho=2}\{ heta=cfrac{5pi}{6}}end{array} ight.)

    即圆(C_1、C_2)交点的极坐标为((2,cfrac{pi}{6}))((2,cfrac{5pi}{6}))

    (2)、求圆(C_1、C_2)的公共弦的参数方程。

    分析:由(1)可知圆(C_1、C_2)交点的极坐标为((2,cfrac{pi}{6}))((2,cfrac{5pi}{6}))

    化为直角坐标为((sqrt{3},1))((-sqrt{3},1)),公共弦所过的定点取为点((0,1)),其倾斜角为(0)

    则圆(C_1、C_2)的公共弦的参数方程为(left{egin{array}{l}{x=0+cos0cdot t}\{y=1+sin0cdot t}end{array} ight.(t为参数,-sqrt{3}leq tleq sqrt{3}))

    (left{egin{array}{l}{x=t(-sqrt{3}leq tleq sqrt{3})}\{y=1}end{array} ight.(t为参数))

    例15【2019届高三理科二轮复习坐标系与参数方程专题提升第2题】【2018云南曲靖一中4月质量监测】

    在极坐标系中,已知直线过点(A(sqrt{3},cfrac{pi}{6})),且直线的倾斜角为(cfrac{pi}{3})

    (1).求直线(l)的极坐标方程。

    分析:点(A)的直角坐标为((cfrac{3}{2},cfrac{sqrt{3}}{2})),又倾斜角为(cfrac{pi}{3}),则斜率(k=sqrt{3})

    故直线(l)的点斜式方程为(y-cfrac{sqrt{3}}{2}=sqrt{3}(x-cfrac{3}{2}))

    ( hocdot cos heta)替换(x),用( hocdot sin heta)替换(y),整理得到

    (sqrt{3} hocdot sin heta-3 ho cos heta+1=0)

    再转化为( hocdot cos( heta+cfrac{pi}{6})=cfrac{sqrt{3}}{2})

    或者转化为( hocdot sin(cfrac{pi}{3}- heta)=cfrac{sqrt{3}}{2})

    (2).若以直线(Ox)(x)轴,(O)为原点建立直角坐标系,曲线(C)的参数方程为(left{egin{array}{l}{x=t^2}\{y=2t}end{array} ight.(t为参数)),直线(l)交曲线(C)(A)(B)两点,求弦长(|AB|)

    法1:利用两点间距离公式求解,将曲线(C)消参得到,(y^2=4x),又直线(l)的方程为(y=sqrt{3}x-sqrt{3})

    联立得到(left{egin{array}{l}{y^2=4x}\{y=sqrt{3}x-sqrt{3}}end{array} ight.(t为参数)),消掉(y),整理得到(3x^2-10x+3=0)

    设点(A(x_1,y_1))(B(x_2,y_2)),则由韦达定理得到,(x_1+x_2=cfrac{10}{3})(x_1x_2=1)

    (|AB|=sqrt{1+k^2}cdot |x_1-x_2|=sqrt{1+k^2}cdot sqrt{(x_1+x_2)^2-4x_1x_2})

    (=sqrt{1+3}cdot sqrt{(cfrac{10}{3})^2-4}=cfrac{16}{3})

    法2:利用直线的参数方程的几何意义求解,

    法3:利用焦点弦的长度公式(AB=x_1+x_2+p)求解;

    将曲线(C)消参得到,(y^2=4x),则(p=2),又直线(l)的方程为(y=sqrt{3}x-sqrt{3})

    联立得到(left{egin{array}{l}{y^2=4x}\{y=sqrt{3}x-sqrt{3}}end{array} ight.),消掉(y),整理得到(3x^2-10x+3=0)

    设点(A(x_1,y_1))(B(x_2,y_2)),则由韦达定理得到,(x_1+x_2=cfrac{10}{3})(x_1x_2=1)

    又由于焦点弦的长度公式(AB=x_1+x_2+p=cfrac{10}{3}+2=cfrac{16}{3})

    例16在直角坐标系(xoy)中,以坐标原点为极点,(x)轴正半轴为极轴建立极坐标系,圆(C_1),直线(C_2)的极坐标方程分别为( ho=4sin heta)( ho cos( heta-cfrac{pi}{4})=2sqrt{2})

    (1)、求(C_1)(C_2)的交点的极坐标;

    分析:(C_1:x^2+y^2-4y=0)(C_2:x+y-4=0),其交点的直角坐标为((2,2))((0,4)),则其对应的极坐标为((2sqrt{2},cfrac{pi}{4}))((4,cfrac{pi}{2}))

    (2)、设(P)(C_1)的圆心,(Q)(C_1)(C_2)的交点连线的中点,已知直线(PQ)的参数方程为(left{egin{array}{l}{x=t^3+a}\{y=cfrac{b}{2}t^3+1}end{array} ight.)((tin R))为参数,求(a,b)的值;

    分析:由题可知,(P(0,2)),且(k_{PQ}=1),则可知直线(PQ)的普通方程为(x-y+2=0)

    又直线(PQ)的参数方程为(left{egin{array}{l}{x=t^3+a}\{y=cfrac{b}{2}t^3+1}end{array} ight.)((tin R))为参数,消参得到(bx-2y-ab+2=0)

    由于其是同一条直线,则可知对应系数成比例,则(cfrac{1}{b}=cfrac{-1}{-2}=cfrac{2}{-ab+2}),解得(a=-1)(b=2)

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