- 552.50 KB
- 2021-06-10 发布
- 1、本文档由用户上传,淘文库整理发布,可阅读全部内容。
- 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,请立即联系网站客服。
- 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细阅读内容确认后进行付费下载。
- 网站客服QQ:403074932
第 1 课时 坐标系
1.平面直角坐标系
设点 P(x,y)是平面直角坐标系中的任意一点,在变换φ: x′=λ·x λ>0,
y′=μ·y μ>0
的作用下,点 P(x,y)对应到点 P′(x′,y′),称φ为平面直角坐标系中的坐标
伸缩变换,简称伸缩变换.
2.极坐标系
(1)极坐标与极坐标系的概念
在平面内取一个定点 O,自点 O 引一条射线 Ox,同时确定一个长度单位和计算
角度的正方向(通常取逆时针方向),这样就建立了一个极坐标系.点 O 称为极点,
射线 Ox 称为极轴.平面内任一点 M 的位置可以由线段 OM 的长度ρ和从射线 Ox
到射线 OM 的角度θ来刻画(如图所示).这两个数组成的有序数对(ρ,θ)称为点 M
的极坐标.ρ称为点 M 的极径,θ称为点 M 的极角.一般认为ρ≥0.当极角θ的取
值范围是[0,2π)时,平面上的点(除去极点)就与极坐标(ρ,θ)(ρ≠0)建立一一对应
的关系.我们设定,极点的极坐标中,极径ρ=0,极角θ可取任意角.
(2)极坐标与直角坐标的互化
设 M 为平面内的一点,它的直角坐标为(x,y),极坐标为(ρ,θ).由图可知下面
关系式成立:
x=ρcos θ
y=ρsin θ
,或
ρ2=x2+y2,
tan θ=y
x
x≠0.
这就是极坐标与直角坐标的互化公式.
3.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 ρ=r(0≤θ<2π)
圆心为(r,0),半径为 r 的圆
ρ=2rcos_θ
-π
2
≤θ<π
2
圆心为 r,π
2 ,半径为 r 的圆
ρ=2rsin_θ
(0≤θ<π)
过极点,倾斜角为α的直线
θ=α(ρ∈R)
或θ=π+α(ρ∈R)
过点(a,0),与极轴垂直的直线
ρcos θ=a
-π
2
<θ<π
2
过点 a,π
2 ,与极轴平行的直
线
ρsin_θ=a
(0<θ<π)
考点一 极坐标与直角坐标的互化
[例 1] (1)把点 M 的极坐标 -5,π
6 化成直角坐标;
(2)把点 M 的直角坐标(- 3,-1)化成极坐标.
解:(1)∵x=-5cos π
6
=-5
2 3,y=-5sinπ
6
=-5
2
,
∴点 M 的直角坐标是 -5
2 3,-5
2 .
(2)ρ= - 32+-12= 3+1=2,tan θ= -1
- 3
= 3
3 .
∵点 M 在第三象限,ρ>0,∴最小正角θ=7π
6 .
因此,点 M 的极坐标是 2,7π
6
[方法引航] 1在由点的直角坐标化为极坐标时,一定要注意点所在的象限和极
角的范围,否则点的极坐标将不唯一.
2在曲线的方程进行互化时,一定要注意变量的范围.要注意转化的等价性.
1.点 P 的直角坐标为(1,- 3),则点 P 的极坐标为( )
A. 2,π
3 B. 2,4
3π
C. 2,-π
3 D. 2,-4
3π
解析:选 C.因为点 P(1,- 3)在第四象限,与原点的距离为 2,且 OP 与 x 轴所
成的角为-π
3.
2.若点 P 的极坐标为 2,π
3 ,则 P 到 x 轴的距离为________.
解析:y=ρsin θ=2×sin π
3
= 3.
答案: 3
考点二 直角坐标方程与极坐标方程的互化及应用
[例 2] 在直角坐标系 xOy 中,以 O 为极点,x 轴正半轴为极轴建立极坐标系,
曲线 C 的极坐标方程为ρcos θ-π
3 =1,M,N 分别为曲线 C 与 x 轴,y 轴的交点.
(1)写出曲线 C 的直角坐标方程,并求 M,N 的极坐标;
(2)设 M,N 的中点为 P,求直线 OP 的极坐标方程.
解:(1)∵ρcos θ-π
3 =1,∴ρcos θ·cosπ
3
+ρsin θ·sinπ
3
=1.∴1
2x+ 3
2 y=1.
即曲线 C 的直角坐标方程为 x+ 3y-2=0.
令 y=0,则 x=2;令 x=0,则 y=2 3
3 .
∴M(2,0),N 0,2 3
3 .
∴M 的极坐标为(2,0),N 的极坐标为
2 3
3
,π
2 .
(2)∵M,N 连线的中点 P 的直角坐标为 1, 3
3 ,
∴P 的极角为θ=π
6.
∴直线 OP 的极坐标方程为θ=π
6(ρ∈R).
[例 3] 在极坐标系中,已知直线 l 的极坐标方程为ρsin θ+π
4 =1,圆 C 的圆心
的极坐标是 C 1,π
4 ,圆的半径为 1.
(1)求圆 C 的极坐标方程;
(2)求直线 l 被圆 C 所截得的弦长.
解:(1)设 O 为极点,OD 为圆 C 的直径,A(ρ,θ)为圆 C 上的一个动点,则∠AOD
=π
4
-θ或∠AOD=θ-π
4
,
OA=ODcos
π
4
-θ 或 OA=ODcos θ-π
4 ,
所以圆 C 的极坐标方程为ρ=2cos θ-π
4 .
(2)由ρsin θ+π
4 =1,得 2
2 ρ(sin θ+cos θ)=1,
∴直线 l 的直角坐标方程为 x+y- 2=0,
又圆心 C 的直角坐标为
2
2
, 2
2 满足直线 l 的方程,
∴直线 l 过圆 C 的圆心,
故直线被圆所截得的弦长为直径 2.
[方法引航] 直角坐标方程与极坐标方程的互化,关键要掌握好互化公式,研究
极坐标系下图形的性质,可转化为我们熟悉的直角坐标系的情境.
在直角坐标系 xOy 中,直线 C1:x=-2,圆 C2:(x-1)2+(y-2)2=1,以坐标原
点为极点,x 轴的正半轴为极轴建立极坐标系.
(1)求 C1,C2 的极坐标方程;
(2)若直线 C3 的极坐标方程为θ=π
4(ρ∈R),设 C2 与 C3 的交点为 M,N,求△C2MN
的面积.
解:(1)因为 x=ρcos θ,y=ρsin θ,所以 C1 的极坐标方程为ρcos θ=-2,C2 的极
坐标方程为ρ2-2ρcos θ-4ρsin θ+4=0.
(2)将θ=π
4
代入ρ2-2ρcos θ-4ρsin θ+4=0,得ρ2-3 2ρ+4=0,解得ρ1=2 2,
ρ2= 2.故ρ1-ρ2= 2,即|MN|= 2.由于 C2 的半径为 1,所以△C2MN 的面积为1
2.
[高考真题体验]
1.(2016·高考全国甲卷)在直角坐标系 xOy 中,圆 C 的方程为(x+6)2+y2=25.
(1)以坐标原点为极点,x 轴正半轴为极轴建立极坐标系,求 C 的极坐标方程;
(2)直线 l 的参数方程是 x=tcos α
y=tsin α
,(t 为参数),l 与 C 交于 A,B 两点,|AB|= 10,
求 l 的斜率.
解:(1)由 x=ρcos θ,y=ρsin θ可得圆 C 的极坐标方程为ρ2+12ρcos θ+11=0.
(2)在(1)建立的极坐标系中,直线 l 的极坐标方程为θ=α(ρ∈R).
设 A,B 所对应的极径分别为ρ1,ρ2,将 l 的极坐标方程代入 C 的极坐标方程得
ρ2+12ρcos α+11=0.
于是ρ1+ρ2=-12cos α,ρ1ρ2=11.
|AB|=|ρ1-ρ2|= ρ1+ρ22-4ρ1ρ2= 144cos2α-44.
由|AB|= 10得 cos2α=3
8
,tan α=± 15
3 .
所以 l 的斜率为 15
3
或- 15
3 .
2.(2013·高考课标全国卷Ⅰ)已知曲线 C1 的参数方程为 x=4+5cos t,
y=5+5sin t, (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,曲线 C2 的极坐标
方程为ρ=2sin θ.
(1)把 C1 的参数方程化为极坐标方程;
(2)求 C1 与 C2 交点的极坐标(ρ≥0,0≤θ<2π).
解:(1)将 x=4+5cos t
y=5+5sin t
,消去参数 t,化为普通方程(x-4)2+(y-5)2=25,即
C1:x2+y2-8x-10y+16=0.
将 x=ρcos θ
y=ρsin θ
,代入 x2+y2-8x-10y+16=0 得
ρ2-8ρcos θ-10ρsin θ+16=0.
所以 C1 的极坐标方程为ρ2-8ρcos θ-10ρsin θ+16=0.
(2)C2 的普通方程为 x2+y2-2y=0.
由 x2+y2-8x-10y+16=0,
x2+y2-2y=0,
解得 x=1
y=1
,或 x=0,
y=2.
所以 C1 与 C2 交点的极坐标分别为 2,π
4 , 2,π
2 .
3 . (2015· 高 考 陕 西 卷 ) 在 直 角 坐 标 系 xOy 中 , 直 线 l 的 参 数 方 程 为
x=3+1
2t,
y= 3
2 t
(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=2 3sin 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.
解:(1)由ρ=2 3sin θ,得ρ2=2 3ρsin θ,
从而有 x2+y2=2 3y,所以 x2+(y- 3)2=3.
(2)设 P 3+1
2t, 3
2 t ,又 C(0, 3),
则|PC|= 3+1
2t 2+
3
2 t- 3 2= t2+12,
故当 t=0 时,|PC|取得最小值,
此时,P 点的直角坐标为(3,0).
课时规范训练
1.已知圆 O1 和圆 O2 的极坐标方程为ρ=2,ρ2-2 2ρcos θ-π
4 =2.
(1)把圆 O1 和圆 O2 的极坐标方程化为直角坐标方程;
(2)求经过两圆交点的直线的极坐标方程.
解:(1)由ρ=2 知ρ2=4,所以 x2+y2=4,
因为ρ2-2 2ρcos θ-π
4 =2,
所以ρ2-2 2ρ cos θcosπ
4
+sin θsinπ
4 =2,
所以 x2+y2-2x-2y-2=0.
(2)将两圆的直角坐标方程相减,
得经过两圆交点的直线方程为 x+y=1.
化为极坐标方程为ρcos θ+ρsin θ=1,
即ρsin θ+π
4 = 2
2 .
2.将圆 x2+y2=1 上每一点的横坐标保持不变,纵坐标变为原来的 2 倍,得曲线
C.
(1)求曲线 C 的方程;
(2)设直线 l:2x+y-2=0 与 C 的交点为 P1,P2,以坐标原点为极点,x 轴正半
轴为极轴建立极坐标系,求过线段 P1P2 的中点且与 l 垂直的直线的极坐标方程.
解:(1)设(x1,y1)为圆上的点,在已知变换下变为曲线 C 上的点(x,y),依题意,
得 x=x1,
y=2y1.
由 x21+y21=1 得 x2+
y
2 2=1,
故曲线 C 的方程为 x2+y2
4
=1.
(2)由
x2+y2
4
=1,
2x+y-2=0,
解得 x=1,
y=0
或 x=0,
y=2.
不妨设 P1(1,0),P2(0,2),则线段 P1P2 的中点坐标为
1
2
,1 ,所求直线斜率为 k=
1
2
,
于是所求直线方程为 y-1=1
2
x-1
2 ,
化为极坐标方程,并整理得 2ρcos θ-4ρsin θ=-3,
故所求直线的极坐标方程为ρ= 3
4sin θ-2cos θ.
3.在以 O 为极点的极坐标系中,圆ρ=4sin θ和直线ρsin θ=a 相交于 A,B 两点.若
△AOB 是等边三角形,求实数 a 的值.
解:由ρ=4sin θ,得 x2+y2=4y,即 x2+(y-2)2=4,
由直线ρsin θ=a,得直线的直角坐标方程为 y=a.
设圆的圆心为 O′,y=a 与 x2+(y-2)2=4 的两交点 A,B 与 O 构成等边三角形,
如图所示.
由对称性知∠O′OB=30°,OD=a.
在 Rt△DOB 中,易求 DB= 3
3 a,
∴B 点的坐标为
3
3 a,a .
又∵B 在 x2+y2-4y=0 上,
∴
3
3 a 2+a2-4a=0,
解得 a=3(a=0 舍).
4.从极点 O 作直线与另一直线 l:ρcos θ=4 相交于点 M,在 OM 上取一点 P,
使 OM·OP=12.
(1)求点 P 的轨迹方程;
(2)设 R 为 l 上的任意一点,求|RP|的最小值.
解:(1)设动点 P 的极坐标为(ρ,θ),M 的极坐标为(ρ0,θ),则ρρ0=12.
∵ρ0cos θ=4,
∴ρ=3cos θ,即为所求的轨迹方程.
(2)将ρ=3cos θ化为直角坐标方程,
得 x2+y2=3x,即 x-3
2 2+y2=
3
2 2,
知 P 的轨迹是以
3
2
,0 为圆心,半径为3
2
的圆.
直线 l 的直角坐标方程是 x=4.
结合图形(图略)易得|RP|的最小值为 1.
第 2 课时 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 x=ft
y=gt
,就是曲线的参数方
程.
2.常见曲线的参数方程和普通方程
点的轨迹 普通方程 参数方程
直线 y-y0=tan α(x-x0)
x=x0+tcos α
y=y0+tsin α
,(t 为参数)
圆 x2+y2=r2 x=rcos θ,
y=rsin θ
(θ为参数)
椭圆 x2
a2
+y2
b2
=1(a>b>0) x=acos φ,
y=bsin φ
(φ为参数)
双曲线
x2
a
-y2
b2
=1,(a>0,b
>0)
x=asec φ
y=btan φ
,(φ为参数)
抛物线 y2=2px(p>0)
x=2pt2,
y=2pt
(t 为参数)
考点一 参数方程与普通方程的互化及应用
命题点
1.求参数方程
2.消参数化为普通方程
[例 1] (1)如图,以过原点的直线的倾斜角θ为参数,求圆 x2+y2-x=0 的参数方
程.
解:(1)圆的半径为1
2
,
记圆心为 C
1
2
,0 ,连接 CP,
则∠PCx=2θ,故 xP=1
2
+1
2cos 2θ=cos2θ,
yP=1
2sin 2θ=sin θcos θ(θ为参数).
所以圆的参数方程为 x=cos2θ,
y=sin θcos θ
(θ为参数).
(2)求直线 x=2+t,
y=-1-t
(t 为参数)与曲线 x=3cos α
y=3sin α
,(α为参数)的交点个数.
解:将 x=2+t,
y=-1-t
消去参数 t 得直线 x+y-1=0;
将 x=3cos α,
y=3sin α,
消去参数α得圆 x2+y2=9.
又圆心(0,0)到直线 x+y-1=0 的距离 d= 2
2
<3.
因此直线与圆相交,故直线与曲线有 2 个交点.
[方法引航] 1.由普通方程求参数方程,要根据参数的意义建立关系.
2.由参数方程得到普通方程的思路是消参,消去参数的方法要视情况而定,一
般有三种情况:
(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,或直接利用加减
消元法消参;
2利用三角恒等式消去参数,一般是将参数方程中的两个方程分别变形,使得
一个方程一边只含有 sin θ,另一个方程一边只含有 cos θ,两个方程分别平方后
两式左右相加消去参数;
3根据参数方程本身的结构特征,选用一些灵活的方法从整体上消去参数.,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 ft和 gt的值域,即 x 和 y 的取值范围.
1.若将本例(1)改为:圆上的任一点 P 与圆心的连线的旋转角为参数θ,求圆的
参数方程.
解:圆心为
1
2
,0 ,r=1
2.
设 P(x,y),则 x=1
2
+1
2cos θ,
y=1
2sin θ(0≤θ≤2π)
∴圆的参数方程为
x=1
2
+1
2cos θ,
y=1
2sin θ.
2.若将本例(2)的曲线变为 x=3cos α
y=4sin α
,其余不变,求交点个数.
解:x=3cos α
y=4sin α
,即
x
3
=cos α,
y
4
=sin α.
∴x2
9
+y2
16
=1.
而直线 x+y-1=0,过点(1,0),点在椭圆x2
9
+y2
16
=1 内,故直线与曲线有两个交
点.
考点二 极坐标方程与参数方程的综合应用
命题点
1.直线与圆的方程应用
2.直线与椭圆的方程应用
[例 2] (1)(2016·高考全国乙卷)在直角坐标系 xOy 中,曲线 C1 的参数方程为
x=acos t,
y=1+asin t, (t 为参数,a>0).在以坐标原点为极点,x 轴正半轴为极轴的
极坐标系中,曲线 C2:ρ=4cos θ.
①说明 C1 是哪一种曲线,并将 C1 的方程化为极坐标方程;
②直线 C3 的极坐标方程为θ=α0,其中α0 满足 tan α0=2,若曲线 C1 与 C2 的公
共点都在 C3 上,求 a.
解:①消去参数 t 得到 C1 的普通方程为 x2+(y-1)2=a2.所以 C1 是以(0,1)为圆心,
a 为半径的圆.
将 x=ρcos θ,y=ρsin θ代入 C1 的普通方程中,得到 C1 的极坐标方程为ρ2-2ρsin
θ+1-a2=0.
②曲线 C1,C2 的公共点的极坐标满足方程组
ρ2-2ρsin θ+1-a2=0,
ρ=4cos θ.
若ρ≠0,由方程组得 16cos2θ-8sin θcos θ+1-a2=0,由已知 tan θ=2,可得
16cos2θ-8sin θcos θ=0,从而 1-a2=0,解得 a=-1(舍去)或 a=1.
当 a=1 时,极点也为 C1,C2 的公共点,且在 C3 上.
所以 a=1.
(2)(2016· 高 考 全 国 丙 卷 ) 在 直 角 坐 标 系 xOy 中 , 曲 线 C1 的 参 数 方 程 为
x= 3cos α,
y=sin α
(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 θ+π
4 =2 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:①C1 的普通方程为x2
3
+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( 3cos 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)=| 3cos α+sin α-4|
2
= 2sin α+π
3 -2.
当且仅当α=2kπ+π
6(k∈Z)时,d(α)取得最小值,最小值为 2,此时 P 的直角坐
标为
3
2
,1
2 .
[方法引航] 对于曲线方程为极坐标方程或参数方程时,一般都化为平面直角坐
标系中的普通方程 fx,y=0 再应用.如果直接应用,要明确极坐标ρ,θ及参数
的意义.
1.在直角坐标系 xOy 中,直线 l 的参数方程为
x=3- 2
2 t,
y= 5+ 2
2 t
(t 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,圆 C 的方程为ρ=2 5sin θ.
(1)求圆 C 的直角坐标方程;
(2)设圆 C 与直线 l 交于点 A,B,若点 P 的坐标为(3, 5),求|PA|+|PB|.
解:(1)由ρ=2 5sin θ,得ρ2=2 5ρsin θ.
∴x2+y2=2 5y,即 x2+(y- 5)2=5.
(2)将 l 的参数方程代入圆 C 的直角坐标方程.
得 3- 2
2 t 2+
2
2 t 2=5,即 t2-3 2t+4=0.
由于Δ=(3 2)2-4×4=2>0,故可设 t1,t2 是上述方程的两实根,
所以 t1+t2=3 2,
t1·t2=4.
又直线 l 过点 P(3, 5),
故由上式及 t 的几何意义得|PA|+|PB|=|t1|+|t2|=t1+t2=3 2.
2 . (2017· 甘 肃 三 校 联 考 ) 在 直 角 坐 标 系 xOy 中 , 直 线 l 的 参 数 方 程 为
x=1+tcos α,
y=2+tsin α
(t 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,圆 C 的方程为ρ=6sin θ.
(1)求圆 C 的直角坐标方程;
(2)设圆 C 与直线 l 交于点 A,B,若点 P 的坐标为(1,2),求|PA|+|PB|的最小值.
解:(1)由ρ=6sin θ得ρ2=6ρsin θ,化为直角坐标方程为 x2+y2=6y,即 x2+(y-
3)2=9.
所以圆 C 的直角坐标方程为 x2+(y-3)2=9.
(2)将 l 的参数方程代入圆 C 的直角坐标方程,得 t2+2(cos α-sin α)t-7=0.
由已知得Δ=(2cos α-2sin α)2+4×7>0,所以可设 t1,t2 是上述方程的两根,
则 t1+t2=-2cos α-sin α,
t1·t2=-7.
由题意得直线 l 过点(1,2),结合 t 的几何意义得
|PA|+|PB|=|t1|+|t2|=|t1-t2|
= t1+t22-4t1t2= 4cos α-sin α2+28
= 32-4sin 2α≥ 32-4=2 7.
所以|PA|+|PB|的最小值为 2 7.
[高考真题体验]
1.(2015·高考课标全国卷Ⅱ)在直角坐标系 xOy 中,曲线 C1: x=tcos α,
y=tsin α, (t
为参数,t≠0),其中 0≤α<π.在以 O 为极点,x 轴正半轴为极轴的极坐标系中,
曲线 C2:ρ=2sin θ,C3:ρ=2 3cos θ.
(1)求 C2 与 C3 交点的直角坐标;
(2)若 C1 与 C2 相交于点 A,C1 与 C3 相交于点 B,求|AB|的最大值.
解:(1)曲线 C2 的直角坐标方程为 x2+y2-2y=0,曲线 C3 的直角坐标方程为 x2
+y2-2 3x=0.
联立 x2+y2-2y=0,
x2+y2-2 3x=0,
解得 x=0,
y=0,
或
x= 3
2
,
y=3
2.
所以 C2 与 C3 交点的直角坐标为(0,0)和
3
2
,3
2 .
(2)曲线 C1 的极坐标方程为θ=α(ρ∈R,ρ≠0),其中 0≤α<π.
因此 A 的极坐标为(2sin α,α),B 的极坐标为(2 3cos α,α).
所以|AB|=|2sin α-2 3cos α|=4|sin α-π
3 |.
当α=5π
6
时,|AB|取得最大值,最大值为 4.
2.(2014·高考课标全国卷Ⅱ)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,半圆 C 的极坐标方程为ρ=2cos θ,θ∈ 0,π
2 .
(1)求 C 的参数方程;
(2)设点 D 在 C 上,C 在 D 处的切线与直线 l:y= 3x+2 垂直,根据(1)中你得
到的参数方程,确定 D 点的坐标.
解:(1)C 的直角坐标方程为(x-1)2+y2=1(0≤y≤1).
可得 C 的参数方程为
x=1+cos t,
y=sin t
(t 为参数,0≤t≤π).
(2)设 D(1+cos t,sin t).由(1)知 C 是以 G(1,0)为圆心,1 为半径的上半圆.因为
C 在点 D 处的切线与 l 垂直,所以直线 GD 与 l 的斜率相同.
tan t= 3,t=π
3.
故 D 的直角坐标为 1+cosπ
3
,sinπ
3 ,即
3
2
, 3
2 .
3.(2014·高考课标全国卷Ⅰ)已知曲线 C:x2
4
+y2
9
=1,直线 l: x=2+t,
y=2-2t
(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 x=2cos θ,
y=3sin θ
(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= 5
5 |4cos θ+3sin θ-6|.
则|PA|= d
sin 30°
=2 5
5 |5sin(θ+α)-6|,其中α为锐角,且 tan α=4
3.
当 sin(θ+α)=-1 时,|PA|取得最大值,最大值为22 5
5 .
当 sin(θ+α)=1 时,|PA|取得最小值,最小值为2 5
5 .
4.(2013·高考课标全国卷Ⅱ)已知动点 P,Q 都在曲线 C: x=2cos t,
y=2sin t
(t 为参
数)上,对应参数分别为 t=α与 t=2α(0<α<2π),M 为 PQ 的中点.
(1)求 M 的轨迹的参数方程;
(2)将 M 到坐标原点的距离 d 表示为α的函数,并判断 M 的轨迹是否过坐标原点.
解:(1)依题意有 P(2cos α,2sin α),Q(2cos 2α,2sin 2α),因此 M(cos α+cos 2α,
sin α+sin 2α).
故 M 的轨迹的参数方程为 x=cos α+cos 2α
y=sin α+sin 2α
(α为参数,0<α<2π).
(2)M 点到坐标原点的距离 d= x2+y2= 2+2cos α(0<α<2π).
当α=π时,d=0,故 M 的轨迹过坐标原点.
课时规范训练
1.在直角坐标系 xOy 中,曲线 C1:x=tcos α,
y=tsin α, (t 为参数,t≠0),其中 0≤α<π.
在以 O 为极点,x 轴正半轴为极轴的极坐标系中,曲线 C2:ρ=2sin θ,C3:ρ=
2 3cos θ.
(1)求 C2 与 C3 交点的直角坐标;
(2)若 C1 与 C2 相交于点 A,C1 与 C3 相交于点 B,求|AB|的最大值.
解:(1)曲线 C2 的直角坐标方程为 x2+y2-2y=0,曲线 C3 的直角坐标方程为 x2
+y2-2 3x=0.
联立 x2+y2-2y=0,
x2+y2-2 3x=0,
解得 x=0,
y=0
或
x= 3
2
,
y=3
2.
所以 C2 与 C3 交点的直角坐标为(0,0)和
3
2
,3
2 .
(2)曲线 C1 的极坐标方程为θ=α(ρ∈R,ρ≠0),其中 0≤α<π.
因此 A 的极坐标为(2sin α,α),B 的极坐标为(2 3cos α,α).
所以|AB|=|2sin α-2 3cos α|=4|sin α-π
3 |.
当α=5π
6
时, |AB|取得最大值,最大值为 4.
2.在直角坐标系 xOy 中,以 O 为极点,x 轴正半轴为极轴建立极坐标系.圆 C1,
直线 C2 的极坐标方程分别为ρ=4sin θ,ρcos θ-π
4 =2 2.
(1)求 C1 与 C2 交点的极坐标;
(2)设 P 为 C1 的圆心,Q 为 C1 与 C2 交点连线的中点.已知直线 PQ 的参数方程
为
x=t3+a,
y=b
2t3+1 (t∈R 为参数),求 a,b 的值.
解:(1)圆 C1 的直角坐标方程为 x2+(y-2)2=4,直线 C2 的直角坐标方程为 x+y
-4=0.
解 x2+y-22=4,
x+y-4=0,
得 x1=0,
y1=4,
x2=2,
y2=2.
所以 C1 与 C2 交点的极坐标为 4,π
2 , 2 2,π
4 .
注:极坐标系下点的表示不唯一.
(2)由(1)可得,P 点与 Q 点的直角坐标分别为(0,2),(1,3).
故直线 PQ 的直角坐标方程为 x-y+2=0,
由参数方程可得 y=b
2x-ab
2
+1.
所以
b
2
=1,
-ab
2
+1=2,
解得 a=-1,
b=2.
3.在平面直角坐标系中,以坐标原点为极点,x 轴的正半轴为极轴建立极坐标
系.已知点 A 的极坐标为 2,π
4 ,直线 l 的极坐标方程为ρcos θ-π
4 =a,且点 A
在直线 l 上.
(1)求 a 的值及直线 l 的直角坐标方程;
(2)圆 C 的参数方程为 x=1+cos α,
y=sin α
(α为参数),试判断直线 l 与圆 C 的位置关
系.
解:(1)由点 A 2,π
4 在直线ρcos θ-π
4 =a 上,可得 a= 2.所以直线 l 的方程可
化为ρcos θ+ρsin θ=2,
从而直线 l 的直角坐标方程为 x+y-2=0.
(2)由已知得圆 C 的直角坐标方程为(x-1)2+y2=1,
所以圆 C 的圆心为(1,0),半径 r=1,
因为圆心 C 到直线 l 的距离 d= 1
2
= 2
2
<1,
所以直线 l 与圆 C 相交.
4.在直角坐标系 xOy 中,设倾斜角为α的直线 l: x=2+tcos α,
y= 3+tsin α
(t 为参数)与
曲线 C: x=2cos θ,
y=sin θ
(θ为参数)相交于不同的两点 A,B.
(1)若α=π
3
,求线段 AB 的中点 M 的坐标;
(2)若|PA|·|PB|=|OP|2,其中 P(2, 3),求直线 l 的斜率.
解:(1)将曲线 C 的参数方程化为普通方程为x2
4
+y2=1.
当α=π
3
时,设点 M 对应的参数为 t0.
直线 l 的方程为
x=2+1
2t,
y= 3+ 3
2 t
(t 为参数),
代入曲线 C 的普通方程x2
4
+y2=1,得 13t2+56t+48=0,
设直线 l 上的点 A,B 对应参数分别为 t1,t2.
则 t0=t1+t2
2
=-28
13
,所以点 M 的坐标为
12
13
,- 3
13 .
(2)将 x=2+tcos α,
y= 3+tsin α
代入曲线 C 的普通方程x2
4
+y2=1,
得(cos2α+4sin2α)t2+(8 3sin α+4cos α)t+12=0,
因为|PA|·|PB|=|t1t2|= 12
cos2α+4sin2α
,
|OP|2=7,
所以 12
cos2α+4sin2α
=7,得 tan2α= 5
16.
由于Δ=32cos α(2 3sin α-cos α)>0,
故 tan α= 5
4 .所以直线 l 的斜率为 5
4 .