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- 2021-06-16 发布
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第二节参数方程
1.曲线的参数方程
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的函数并且对于t的每一个允许值,由这个方程组所确定的点M(x,y)都在这条曲线上,那么这个方程组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F(x,y)=0叫做普通方程.
2.参数方程和普通方程的互化
(1)参数方程化普通方程:利用两个方程相加、减、乘、除或者代入法消去参数.
(2)普通方程化参数方程:如果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),则得曲线的参数方程
参数方程与普通方程互化的注意点
(1)在参数方程与普通方程的互化中,一定要注意变量的范围以及转化的等价性.
(2)普通方程化为参数方程,参数方程的形式不唯一,即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.直线、圆与椭圆的普通方程和参数方程
轨迹
普通方程
参数方程
直线
y-y0=tan α(x-x0)
(t为参数)
圆
(x-a)2+(y-b)2=r2
(θ为参数)
椭圆
+=1(a>b>0)
(φ为参数)
[熟记常用结论]
经过点P(x0,y0),倾斜角为α的直线l的参数方程为(t为参数).若A,B为直线l上的两点,其对应的参数分别为t1,t2,线段AB的中点为M,点M所对应的参数为t0,则以下结论在解题中经常用到:
(1)t0=;
(2)|PM|=|t0|=;
(3)|AB|=|t2-t1|;
(4)|PA|·|PB|=|t1·t2|.
[小题查验基础]
一、判断题(对的打“√”,错的打“×”)
(1)参数方程中的x,y都是参数t的函数.( )
(2)过M0(x0,y0),倾斜角为α的直线l的参数方程为(t为参数).参数t的几何意义表示:直线l上以定点M0为起点,任一点M(x,y)为终点的有向线段M0M的数量.( )
(3)方程(θ为参数)表示以点(0,1)为圆心,以2为半径的圆.( )
(4)已知椭圆的参数方程(t为参数),点M在椭圆上,对应参数t=,点O为原点,则直线OM的斜率为.( )
答案:(1)√ (2)√ (3)√ (4)×
二、选填题
1.曲线(θ为参数)的对称中心( )
A.在直线y=2x上 B.在直线y=-2x上
C.在直线y=x-1上 D.在直线y=x+1上
解析:选B 由得
所以(x+1)2+(y-2)2=1.曲线是以(-1,2)为圆心,1为半径的圆,所以对称中心为(-1,2),在直线y=-2x上.
2.若直线l:(t为参数)与曲线C:(θ为参数)相切,则实数m的值为( )
A.-4或6 B.-6或4
C.-1或9 D.-9或1
解析:选A 由(t为参数),得直线l:2x+y-1=0,由(θ为参数),得曲线C:x2+(y-m)2=5,因为直线l与曲线C相切,所以圆心到直线的距离等于半径,即=,解得m=-4或m=6.故选A.
3.在平面直角坐标系中,若曲线C的参数方程为 (t为参数),则其普通方程为____________.
解析:依题意,消去参数可得x-2=y-1,即x-y-1=0.
答案:x-y-1=0
4.已知两曲线的参数方程分别为(0≤θ<π)和(t∈R),则它们的交点坐标为________.
解析:消去参数θ得普通方程为+y2=1(0≤y≤1),表示椭圆的一部分.消去参数t
得普通方程为y2=x,表示抛物线,联立两方程,可知两曲线有一个交点,解得交点坐标为.
答案:
5.曲线C的参数方程为(θ为参数),则曲线C的普通方程为____________.
解析:由(θ为参数)消去参数θ,得y=2-2x2(-1≤x≤1).
答案:y=2-2x2(-1≤x≤1)
考点一 参数方程与普通方程的互化 [基础自学过关]
[题组练透]
1.已知直线l的参数方程为(t为参数),圆C的参数方程为(θ为参数).
(1)求直线l和圆C的普通方程;
(2)若直线l与圆C有公共点,求实数a的取值范围.
解:(1)直线l的普通方程为2x-y-2a=0,
圆C的普通方程为x2+y2=16.
(2)因为直线l与圆C有公共点,
故圆C的圆心到直线l的距离d=≤4,
解得-2≤a≤2.
即实数a的取值范围为[-2,2 ].
2.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),曲线C的参数方程为(s为参数),设P为曲线C上的动点,求点P到直线l的距离的最小值.
解:直线l的普通方程为x-2y+8=0.
因为点P在曲线C上,设P(2s2,2s),
从而点P到直线l的距离
d==,
当s=时,dmin=.
因此当点P的坐标为(4,4)时,曲线C上的点P到直线l的距离取到最小值.
[名师微点]
将参数方程化为普通方程消参的3种方法
(1)利用解方程的技巧求出参数的表达式,然后代入消去参数.
(2)利用三角恒等式消去参数.
(3)根据参数方程本身的结构特征,灵活的选用一些方法从整体上消去参数.
[提醒] 将参数方程化为普通方程时,要注意防止变量x和y取值范围的扩大或缩小,必须根据参数的取值范围,确定函数f(t)和g(t)的值域,即x和y的取值范围.
考点二 参数方程的应用 [师生共研过关]
[典例精析]
(2018·全国卷Ⅲ)在平面直角坐标系xOy中,⊙O的参数方程为(θ为参数),过点(0,-)且倾斜角为α的直线l与⊙O交于A,B两点.
(1)求α的取值范围;
(2)求AB中点P的轨迹的参数方程.
[解] (1)⊙O的直角坐标方程为x2+y2=1.
当α=时,l与⊙O交于两点.
当α≠时,记tan α=k,则l的方程为y=kx-.
l与⊙O交于两点需满足<1,
解得k<-1或k>1,
即α∈或α∈.
综上,α的取值范围是.
(2)l的参数方程为.设A,B,P对应的参数分别为tA,tB,tP,
则tP=,且tA,tB满足t2-2tsin α+1=0.
于是tA+tB=2sin α,tP=sin α.
又点P的坐标(x,y)满足
所以点P的轨迹的参数方程是
.
[解题技法]
一般地,如果题目中涉及圆、椭圆上的动点或求最值范围问题时可考虑用参数方程,设曲线上点的坐标,将问题转化为三角恒等变换问题解决,使解题过程简单明了.
[过关训练]
已知曲线C:+=1,直线l:(t为参数).
(1)写出曲线C的参数方程,直线l的普通方程;
(2)过曲线C上任意一点P作与l夹角为30°的直线,交l于点A,求|PA|的最大值与最小值.
解:(1)曲线C的参数方程为(θ为参数).
直线l的普通方程为2x+y-6=0.
(2)曲线C上任意一点P(2cos θ,3sin θ)到l的距离为
d=|4cos θ+3sin θ-6|.
则|PA|==|5sin(θ+α)-6|,
其中α为锐角,且tan α=.
当sin(θ+α)=-1时,|PA|取得最大值,最大值为.
当sin(θ+α)=1时,|PA|取得最小值,最小值为.
考点三 参数方程与极坐标方程的综合应用 [师生共研过关]
[典例精析]
(2019·柳州模拟)在直角坐标系xOy中,曲线C的参数方程为(α为参数),以原点为极点,x轴的正半轴为极轴,建立极坐标系,曲线D的极坐标方程为ρ=4sin.
(1)求曲线C的极坐标方程以及曲线D的直角坐标方程;
(2)若过点A(极坐标)且倾斜角为的直线l与曲线C交于M,N两点,弦MN的中点为P,求的值.
[解] (1)由题意可得曲线C的普通方程为+=1,
将代入曲线C的普通方程可得,曲线C的极坐标方程为+=1,即ρ2= .
因为曲线D的极坐标方程为ρ=4sin,
所以ρ2=4ρsin=4ρ,
又ρ2=x2+y2,x=ρcos θ,y=ρsin θ,
所以x2+y2=2y-2x,
所以曲线C的极坐标方程为ρ2=,
曲线D的直角坐标方程为x2+y2+2x-2y=0.
(2)由点A,得所以A(2,2).
因为直线l过点A(2,2)且倾斜角为,所以直线l的参数方程为(t为参数),代入+=1可得,
t2+(8+18)t+16=0,
设M,N对应的参数分别为t1,t2,
则t1+t2=-,t1t2=,
所以==.
[解题技法]
参数方程与极坐标方程综合问题的解题策略
(1)涉及参数方程和极坐标方程的综合题,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.
(2)数形结合的应用,即充分利用参数方程中参数的几何意义,或者利用ρ和θ的几何意义,直接求解,能达到化繁为简的解题目的.
[过关训练]
(2018·合肥质检)在平面直角坐标系xOy中,以坐标原点为极点,x轴的非负半轴为极轴建立极坐标系,已知曲线C的极坐标方程为ρ=2cos.
(1)求曲线C的直角坐标方程;
(2)已知直线l过点 P(1,0)且与曲线C交于A,B两点,若|PA|+|PB|=,求直线l的倾斜角α.
解:(1)由ρ=2cos=2(cos θ+sin θ)⇒ρ2=2(ρcos θ+ρsin θ)⇒x2+y2=2x+2y⇒(x-1)2+(y-1)2=2,
故曲线C的直角坐标方程为(x-1)2+(y-1)2=2.
(2)由条件可设直线l的参数方程为(t为参数),代入圆的方程,有t2-2tsin α-1=0,
设点A,B对应的参数分别为t1,t2,
则t1+t2=2sin α, t1t2=-1,|PA|+|PB|=|AB|=|t1-t2|===,
解得sin α=或sin α=-(舍去),
故α=或.
1.设直线l的参数方程为(t为参数,α为倾斜角),圆C的参数方程为(θ为参数).
(1)若直线l经过圆C的圆心,求直线l的斜率;
(2)若直线l与圆C交于两个不同的点,求直线l的斜率的取值范围.
解:(1)由已知得直线l经过的定点是P(3,4),而圆C的圆心是C(1,-1),
所以,当直线l经过圆C的圆心时,直线l的斜率k=.
(2)由圆C的参数方程(θ为参数),得圆C的圆心是C(1,-1),半径为2.
由直线l的参数方程(t为参数,α为倾斜角),
得直线l的普通方程为y-4=k(x-3)(斜率存在),
即kx-y+4-3k=0.
当直线l与圆C交于两个不同的点时,圆心到直线的距离小于圆的半径,
即<2,解得k>.
即直线l的斜率的取值范围为.
2.(2018·全国卷Ⅱ)在直角坐标系xOy中,曲线C的参数方程为(θ为参数),直线l的参数方程为(t为参数).
(1)求C和l的直角坐标方程;
(2)若曲线C截直线l所得线段的中点坐标为(1,2),求l的斜率.
解:(1)曲线C的直角坐标方程为+=1.当cos α≠0时,l的直角坐标方程为y=tan α·x+2-tan α;
当cos α=0时,l的直角坐标方程为x=1.
(2)将l的参数方程代入C的直角坐标方程,整理得关于t的方程(1+3cos2α)t2+4(2cos α+sin α)t-8=0.①
因为曲线C截直线l所得线段的中点(1,2)在C内,
所以①有两个解,设为t1,t2,则t1+t2=0.
又由①得t1+t2=-,
故2cos α+sin α=0,
于是直线l的斜率k=tan α=-2.
3.(2019·沈阳模拟)在平面直角坐标系xOy中,直线l的参数方程为(t为参数).以坐标原点O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ρsin2θ=2acos θ(a>0).
(1)求曲线C的直角坐标方程,直线l的普通方程;
(2)设直线l与曲线C交于M,N两点,点P(-2,0),若|PM|,|MN|,|PN|成等比数列,求实数a的值.
解:(1)由ρsin2θ=2acos θ(a>0)两边同乘以ρ得,
曲线C的直角坐标方程为y2=2ax(a>0).
由直线l的参数方程为(t为参数),消去t,
得直线l的普通方程为x-y+2=0.
(2)将代入y2=2ax,得t2-2at+8a=0,
由Δ>0得a>4,
设M,N对应的参数分别为t1,t2,
则t1+t2=2a,t1t2=8a,
∵|PM|,|MN|,|PN|成等比数列,
∴|t1-t2|2=|t1t2|,∴(2a)2-4×8a=8a,∴a=5.
4.(2019·青岛调研)在直角坐标系xOy中,曲线C1的参数方程为(α为参数).以坐标原点为极点,以x轴的正半轴为极轴,建立极坐标系,曲线C2的极坐标方程为ρsin=2.
(1)写出C1的普通方程和C2的直角坐标方程;
(2)设点P在C1上,点Q在C2上,求|PQ|的最小值及此时P的直角坐标.
解:(1)C1的普通方程为+y2=1,
C2的直角坐标方程为x+y-4=0.
(2)由题意,可设点P的直角坐标为(cos α,sin α).因为C2是直线,所以|PQ|的最小值即为P到C2的距离d(α)的最小值,d(α)==.
当且仅当α=2kπ+(k∈Z)时,d(α)取得最小值,最小值为,此时P的直角坐标为.
5.(2018·辽宁五校联合体模拟)在平面直角坐标系xOy中,曲线C1的参数方程为(α为参数).在以O为极点,x轴的正半轴为极轴的极坐标系中,曲线C2的极坐标方程为ρcos2θ=sin θ.
(1)求C1的普通方程和C2的直角坐标方程;
(2)若射线l:y=kx(x≥0)分别交C1,C2于A,B两点(A,B异于原点),当k∈(1,]时,求|OA|·|OB|的取值范围.
解:(1)由可得(x-1)2+y2=cos2α+sin2α=1,
即C1的普通方程为(x-1)2+y2=1.
方程ρcos2θ=sin θ可化为ρ2cos2θ=ρsin θ (*),
将代入(*)式,可得x2=y,
所以C2的直角坐标方程为x2=y.
(2)因为A,B异于原点,
所以联立可得A;
联立可得B(k,k2).
故|OA|·|OB|=···|k|=2|k|.
又k∈(1,],所以|OA|·|OB|∈(2,2].
6.(2019·惠州调研)在直角坐标系xOy中,曲线C1的参数方程为(t为参数).以坐标原点为极点,以x轴正半轴为极轴建立极坐标系,曲线C2的极坐标方程为ρcos θ=tan θ.
(1)求曲线C1的普通方程与曲线C2的直角坐标方程;
(2)若C1与C2交于A,B两点,点P的极坐标为,求+的值.
解:(1)由曲线C1的参数方程消去参数t可得,曲线C1的普通方程为4x+3y-2=0.
由x=ρcos θ,y=ρsin θ可得,曲线C2的直角坐标方程为y=x2.
(2)由点P的极坐标为,可得点P的直角坐标为(2,-2),∴点P在曲线C1上.将曲线C1的参数方程(t为参数)代入y=x2,得9t2-80t+150=0,
设t1,t2是点A,B对应的参数,
则t1+t2=,t1t2=>0.
∴+===.
7.在平面直角坐标系xOy中,以坐标原点为极点,x轴正半轴为极轴建立极坐标系,点A的极坐标为,直线l的极坐标方程为ρcos=a,且l过点A,曲线C1
的参数方程为(α为参数).
(1)求曲线C1上的点到直线l的距离的最大值;
(2)过点B(-1,1)且与直线l平行的直线l1与曲线C1交于M,N两点,求|BM|·|BN|的值.
解:(1)由直线l过点A,得cos=a,故a=,
则易得直线l的直角坐标方程为x+y-2=0.
由点到直线的距离公式,得曲线C1上的点到直线l的距离d==,,
∴dmax==.
即曲线C1上的点到直线l的距离的最大值为.
(2)由(1)知直线l的倾斜角为,
则直线l1的参数方程为(t为参数).
易知曲线C1的普通方程为+=1.
把直线l1的参数方程代入曲线C1的普通方程,
得t2+7t-5=0,
设M,N对应的参数分别为t1,t2,则t1t2=-,
根据参数t的几何意义可知|BM|·|BN|=|t1t2|=.
8.(2019·郑州模拟)在平面直角坐标系xOy中,直线l的参数方程为(t为参数),以坐标原点O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=8cos,直线l与圆C交于A,B两点.
(1)若OA⊥OB,求直线l的普通方程;
(2)设P(,1)是直线l上的点,若|AB|=λ|PC|,求λ的值.
解:(1)消去参数t,得直线l的普通方程为x+y=+m,将圆C的极坐标方程ρ=8cos的两边同时乘ρ,
得ρ2=4ρcos θ+4ρsin θ,
则圆C的直角坐标方程为(x-2)2+(y-2)2=16,
所以圆C的圆心C(2,2),半径为4,且经过原点O,数形结合得,若OA⊥OB
,则直线l经过圆心C,
即2+×2=+m,解得m=3,
即直线l的普通方程为x+y-4=0.
(2)由P(,1)是直线l上的点,得m=1,
此时直线l的参数方程为(t为参数),
代入到圆C的方程(x-2)2+(y-2)2=16中,
得t2+2t-12=0,
设A,B两点对应的参数分别为t1,t2,
则t1+t2=-2,t1t2=-12,
所以|AB|=|t1-t2|===2,
又|PC|=2,|AB|=λ|PC|,所以λ=.