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  • 2021-06-10 发布

【数学】2018届一轮复习北师大版第十二章坐标系与参数方程学案

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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= - 32+-12= 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+ρ22-4ρ1ρ2= 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=ft y=gt ,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 ft和 gt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 fx,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=-2cos 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+t22-4t1t2= 4cos α-sin α2+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-22=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 .