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- 2021-06-16 发布
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第2讲 参数方程
)
1.参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,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=f(t),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的取值范围保持一致.
2.直线、圆和圆锥曲线的参数方程
名 称
普通方程
参数方程
直线
y-y0=k(x-x0)
(t为参数)
圆
(x-x0)2+(y-y0)2
=R2
(θ为参数且0≤θ<2π)
椭圆
+=1(a>b>0)
(t为参数且0≤t<2π)
抛物线
y2=2px(p>0)
(t为参数)
参数方程与普通方程的互化
已知曲线C1:(t为参数),曲线C2:(θ
为参数).化C1,C2的方程为普通方程,并说明它们分别表示什么曲线.
【解】 曲线C1:(x+4)2+(y-3)2=1,曲线C2:+=1,
曲线C1是以(-4,3)为圆心,1为半径的圆;
曲线C2是中心为坐标原点,焦点在x轴上,长半轴长是8,短半轴长是3的椭圆.
将参数方程化为普通方程的方法
(1)将参数方程化为普通方程,需要根据参数方程的结构特征,选取适当的消参方法.常见的消参方法有:代入消参法、加减消参法、平方消参法等.对于含三角函数的参数方程,常利用同角三角函数关系式消参,如sin2θ+cos2θ=1等.
(2)将参数方程化为普通方程时,要注意两种方程的等价性,不要增解.
将下列参数方程化为普通方程.
(1) (2)
(1)两式相除,得k=,
将其代入得x=,
化简得所求的普通方程是4x2+y2-6y=0(y≠6).
(2)由(sin θ+cos θ)2=1+sin 2θ=2-(1-sin 2θ),x=1-sin 2θ∈,得y2=2-x.
即所求的普通方程为y2=2-x,x∈.
参数方程的应用
(2017·兰州市实战考试)在平面直角坐标系xOy中,直线l的参数方程为(t为参数).在以原点O为极点,x轴正半轴为极轴的极坐标系中,圆C的方程为ρ=2sin θ.
(1)写出直线l的普通方程和圆C的直角坐标方程;
(2)若点P坐标为(3,),圆C与直线l交于A、B两点,求|PA|+|PB|的值.
【解】 (1)由得直线l的普通方程为x+y-3-=0.
又由ρ=2sin θ得圆C的直角坐标方程为x2+y2-2y=0,
即x2+(y-)2=5.
(2)把直线l的参数方程代入圆C的直角坐标方程,得
+=5,即t2-3t+4=0.
由于Δ=(3)2-4×4=2>0,故可设t1、t2是上述方程的两实数根,
所以t1+t2=3,t1·t2=4.
又直线l过点P(3,),A、B两点对应的参数分别为t1、t2,
所以|PA|+|PB|=|t1|+|t2|=t1+t2=3.
(1)解决与圆、圆锥曲线的参数方程有关的综合问题时,要注意普通方程与参数方程的互化公式,主要是通过互化解决与圆、圆锥曲线上与动点有关的问题,如最值、范围等.
(2)根据直线的参数方程的标准式中t的几何意义,有如下常用结论:
过定点M0的直线与圆锥曲线相交,交点为M1,M2,所对应的参数分别为t1,t2.
①弦长l=|t1-t2|;
②弦M1M2的中点⇒t1+t2=0;
③|M0M1||M0M2|=|t1t2|.
已知直线l:(t为参数),曲线C1:(θ为参数).
(1)设l与C1相交于A,B两点,求|AB|;
(2)若把曲线C1上各点的横坐标压缩为原来的,纵坐标压缩为原来的,得到曲线C2,设点P是曲线C2上的一个动点,求它到直线l的距离的最小值.
(1)l的普通方程为y=(x-1),C1的普通方程为x2+y2=1.
联立方程,解得l与C1的交点为A(1,0),B,则|AB|=1.
(2)C2的参数方程为(θ为参数).
故点P的坐标是.
从而点P到直线l的距离d==,当sin=-1时,d取得最小值,且最小值为(-1).
极坐标方程与参数方程的综合问题
(2017·张掖市第一次诊断考试)已知直线l的参数方程为(t为参数),以坐标原点为极点,x轴的正半轴为极轴建立极坐标系,圆C的极坐标方程为ρ=4sin.
(1)求圆C的直角坐标方程;
(2)若P(x,y)是直线l与圆面ρ≤4sin的公共点,求x+y的取值范围.
【解】 (1)因为圆C的极坐标方程为ρ=4sin,
所以ρ2=4ρsin=4ρ,
所以圆C的直角坐标方程为x2+y2=2y-2x,
即(x+1)2+(y-)2=4.
(2)设z=x+y,
圆C的圆心是(-1,),半径是2,
将代入z=x+y,得z=-t.
又因为直线l过C(-1,),圆C的半径为2,所以-2≤t≤2,
所以-2≤-t≤2,即x+y的取值范围是.
涉及参数方程和极坐标方程的综合问题,求解的一般方法是分别化为普通方程和直角坐标方程后求解.当然,还要结合题目本身特点,确定选择何种方程.
极坐标系与直角坐标系xOy有相同的长度单位,以原点为极点,以x轴正半轴为极轴,曲线C1的极坐标方程为ρ=4cos θ(ρ≥0),曲线C2的参数方程为(t为参数,0≤α<π),射线θ=φ,θ=φ+,θ=φ-与曲线C1分别交于(不包括极点O)点A、B、C.
(1)求证:|OB|+|OC|=|OA|;
(2)当φ=时,B、C两点在曲线C2上,求m与α的值.
(1)证明:依题意|OA|=4cos φ,
|OB|=4cos ,|OC|=4cos ,
则|OB|+|OC|=4cos+4co s
=2(cos φ-sin φ)+2(cos φ+sin φ)
=4cos φ=|OA|.
(2)当φ=时,B、C两点的极坐标分别为、,化为直角坐标为B(1,)、C(3,-),所以经过点B、C的直线方程为y-=-(x-1),而C2是经过点(m,0)且倾斜角为α的直线,故m=2,α=.
1.(2016·高考江苏卷)在平面直角坐标系xOy中,已知直线l的参数方程为(t为参数),椭圆C的参数方程为(θ为参数).设直线l与椭圆C相交于A,B两点,求线段AB的长.
椭圆C的普通方程为x2+=1.
将直线l的参数方程代入x2+=1,得
+=1,
即7t2+16t=0,Ziyuan ku.com
解得t1=0,t2=-.
所以AB=|t1-t2|=.
2.(2017·广东珠海 模拟)在极坐标系中,圆C的极坐标方程为ρ2=4ρ(cos θ+sin θ)-6.若以极点O为原点,极轴所在直线为x轴建立平面直角坐标系.
(1)求圆C的参数方程;
(2)在直角坐标系中,点P(x,y)是圆C上一动点,试求x+y的最大值,并求出此时点P的直角坐标.
(1)因为ρ2=4ρ(cos θ+sin θ)-6,
所以x2+y2=4x+4y-6,
所以x2+y2-4x-4y+6=0,
即(x-2)2+(y-2)2=2为圆C的直角坐标方程.
所以所求的圆C的参数方程为(θ为参数).
(2)由(1)可得x+y=4+(sin θ+cos θ)
=4+2sin.
当θ=,
即点P的直角坐标为(3,3)时,
x+y取得最大值,为6.
3.(2015·高考陕西卷)在直角坐标系xOy中,直线l的参数方程为(t为参数).以原点为极点,x轴正半轴为极轴建立极坐标系,⊙C的极坐标方程为ρ=2sin θ.
(1)写出⊙C的直角坐标方程;
(2)P为直线l上一动点,当P到圆心C的距离最小时,求P的直角坐标.
(1)由ρ=2sin θ,得ρ2=2ρsin θ,
从而有x2+y2=2y,
所以x2+(y-)2=3.
(2)设P,又C(0,),
则|PC|= =,
故当t=0时,|PC|取得最小值,
此时,点P的直角坐标为(3,0).
4.(2017·合肥市第一次教学质量检测)已知直线l:(t为参数),以坐标原点为极点,x轴的非负半轴为极轴建立极坐标系,曲线C的极坐标方程为ρ2-2ρsin θ=a(a>-3).
(1)将曲线C的极坐标方程化为直角坐标方程;
(2)若曲线C与直线l有唯一公共点,求a的值.
(1)由ρ2-2ρsin θ=a知其直角坐标方程为
x2+y2-2y=a,
即x2+(y-)2=a+3(a>-3).
(2)将l:代入曲线C的直角坐标方程得+=a+3,
化简得t2+t-a-2=0.
因为曲线C与直线l仅有唯一公共点,
所以Δ=1-4(-a-2)=0,
解得a=-.
5.(2017·广西第一次质量检测)已知直线l的参数方程为(t为参数),曲线C1的参数方程为(α为参数),以坐标原点为极点,x轴的正半轴为极轴建立极坐标系,且曲线C2的极坐标方程为ρ=4cos θ.
(1)若直线l的斜率为2,判断直线l与曲线C1的位置关系;
(2)求C1与C2交点的极坐标(ρ≥0,0≤θ<2π).
(1)当斜率为2时,直线l的普通方程为y-1=2(x+1),即y=2x+3.①
将消去参数α,化为普通方程得(x-2)2+(y-4)2=4,②
则曲线C1是以C1(2,4)为圆心,2为半径的圆,圆心C1(2,4)到直线l的距离d==<2,
故直线l与曲线(圆)C1相交.
(2)C2的直角坐标方程为x2+y2-4x=0,
由,
解得,
所以C1与C2交点的极坐标为.
6.(2017·河南省八市重点高中质量检测)已知曲线C的参数方程为(θ为参数),在同一平面直角坐标系中,将曲线C上的点按坐标变换得到曲线C′.
(1)求曲线C′的普通方程;
(2)若点A在曲线C′上,点D(1,3).当点A在曲线C′上运动时,求AD中点P的轨迹方程.
(1)将代入,
得曲线C′的参数方程为,
所以曲线C′的普通方程为+y2=1.
(2)设点P(x,y),A(x0,y0),又D(1,3),且AD的中点为P,
所以,
又点A在曲线C′上,所以代入曲线C′的普通方程+y2=1,得(2x-1)2+4(2y-3)2=4,
所以动点P的轨迹方程为(2x-1)2+4(2y-3)2=4.
7.(2017·河南省六市第一次联考)在平面直角坐标系中,直线l的参数方程为(t为参数),在以直角坐标系的原点O为极点,x轴的正半轴为极轴的极坐标系中,曲线C的极坐标方程为ρ=.
(1)求曲线C的直角坐标方程和直线l的普通方程;
(2)若直线l与曲线C相交于A,B两点,求△AOB的面积.
(1)由曲线C的极坐标方程ρ=,得
ρ2sin2θ=2ρcos θ,
所以曲线C的直角坐标方程是y2=2x.
由直线l的参数方程(t为参数),得t=3+y,代入x=1+t中,消去t得x-y-4=0,
所以直线l的普通方程为x-y-4=0.
(2)将直线l的参数方程代入曲线C的直角坐标方程y2=2x,得t2-8t+7=0,
设A,B两点对应的参数分别为t1,t2,
则t1+t2=8,t1t2=7,
所以|AB|=|t1-t2|=×=×=6,
因为原点到直线x-y-4=0的距离d==2,
所以△AOB的面积是|AB|·d=×6×2=12.
8.(2017·福建省毕业班质量检测)在平面直角坐标系xOy中,曲线C的参数方程为(α为参数),在以原点为极点,x轴正半轴为极轴的极坐标系中,直线l的极坐标方程为ρsin=.
(1)求曲线C的普通方程和直线l的倾斜角;
(2)设点P(0,2),直线l和曲线C交于A,B两点,求|PA|+|PB|.
(1)由消去参数α,得+y2=1,
即曲线C的普通方程为+y2=1.
由ρsin=,得ρsin θ-ρcos θ=2,(*)
将代入(*),化简得y=x+2,
所以直线l的倾斜角为.
(2)由(1)知,点P(0,2)在直线l上,可设直线l的参数方程为(t为参数),
即(t为参数),
代入+y2=1并化简,
得5t2+18t+27=0,
Δ=(18)2-4×5×27=108> 0,
设A,B两点对应的参数分别为t1,t2,
则t1+t2=-<0,t1t2=>0,
所以t1<0,t2<0,
所以|PA|+|PB|=|t1|+|t2|=-(t1+t2)=.