常见曲线的极坐标方程

高考数学知识点解析极坐标系中的曲线与方程高考数学知识点解析：极坐标系中的曲线与方程在高考数学中，极坐标系中的曲线与方程是一个重要的知识点，对于同学们理解数学中的图形和解决相关问题具有重要意义。

首先，让我们来了解一下什么是极坐标系。

极坐标系是一种不同于我们常见的直角坐标系的坐标系统。

在极坐标系中，一个点的位置由极径和极角来确定。

极径表示点到极点的距离，极角则表示极轴（通常是 x 轴正半轴）到线段极点与该点连线的夹角。

那么，极坐标系中的曲线方程又是怎么一回事呢？简单来说，它是用极坐标的形式来描述曲线的数学表达式。

常见的极坐标曲线方程有很多，比如圆的极坐标方程。

当圆心在极点，半径为 r 时，圆的极坐标方程为ρ ＝ r 。

这意味着，对于这个圆上的任意一点，其极径ρ 的值都是固定的 r 。

我们可以通过这个简单的方程，很直观地看出圆的特性。

再来说说直线的极坐标方程。

例如，过极点且与极轴夹角为α 的直线，其极坐标方程为θ ＝α 。

这个方程表明，在这条直线上的所有点，其极角都是固定的α 。

接下来，我们看看如何将极坐标方程转化为直角坐标方程。

这是解决很多问题的关键步骤。

设极坐标系中的一点为（ρ，θ），对应的直角坐标系中的点为（x，y），则有 x ＝ρcosθ，y ＝ρsinθ。

通过这两个关系式，我们可以将极坐标方程转化为直角坐标方程。

例如，极坐标方程ρ ＝2cosθ，将ρ ＝√（x²＋ y²)，cosθ ＝ x ／√（x²＋ y²) 代入，经过一系列的化简和整理，可以得到直角坐标方程 x²＋ y²＝ 2x ，进一步变形为（x 1)²＋ y²＝ 1 ，这就是一个以（1，0）为圆心，半径为 1 的圆。

在解题过程中，我们常常需要根据具体问题的条件，选择使用极坐标系还是直角坐标系。

比如，当题目中涉及到一些与角度、距离有关的条件，或者图形具有明显的对称性时，使用极坐标系可能会更加简便。

极坐标参数方程公式大全极坐标是一种描述平面上点的坐标系，它以原点为中心，以极径和极角两个参数来确定点在平面上的位置。

极坐标参数方程是用极坐标来表示的函数方程，它可以描述一条曲线在极坐标系下的形状。

下面是一些常见的极坐标参数方程公式。

1. 圆的极坐标参数方程圆是一种特殊的曲线，它的每个点到原点的距离都相等。

圆的极坐标参数方程可以表示为：r=a其中，a表示圆的半径。

2. 阿基米德螺线的极坐标参数方程阿基米德螺线是一种由数学家阿基米德创建的曲线，其极坐标参数方程可以表示为：$r=a+b\\theta$其中，a表示螺线的起始半径，b表示每转一圈半径增加的量，$\\theta$表示极角。

3. 双纽线的极坐标参数方程双纽线是一种具有两个回环的曲线，其极坐标参数方程可以表示为：$r^2=a^2\\cos(2\\theta)$其中，a表示双纽线的参数。

4. 渐开线的极坐标参数方程渐开线是一种非常具有特点的曲线，其极坐标参数方程可以表示为：$r=a\\theta$其中，a表示渐开线的参数。

5. 摆线的极坐标参数方程摆线是一种由在铅笔一端水平移动而形成的曲线，其极坐标参数方程可以表示为：$r=a(\\theta-\\sin\\theta)$其中，a表示摆线的参数。

6. 旋轮线的极坐标参数方程旋轮线是一种由相对运动的两个圆形组成的曲线，其极坐标参数方程可以表示为：$x=(r_1-r_2)\\cos\\theta+r_2\\cos(\\frac{r_1-r_2}{r_2}\\theta)$$y=(r_1-r_2)\\sin\\theta-r_2\\sin(\\frac{r_1-r_2}{r_2}\\theta)$其中，r1和r2分别表示两个圆的半径。

以上是一些常见的极坐标参数方程公式。

通过使用这些参数方程，我们可以在极坐标系下描述和绘制出各种曲线的形状。

极坐标系在数学、物理、工程等领域中有广泛的应用，对于研究曲线和解决问题非常有帮助。

极坐标方程表达式极坐标方程是描述平面上点的位置的一种常用表达方式。

它利用距离和角度来表示点的坐标，相比直角坐标系更适合描述圆的形状和对称性。

本文将介绍极坐标方程的表达式形式以及如何将其转换为直角坐标系。

同时，还将介绍极坐标方程在数学和物理中的应用。

极坐标方程表达式的一般形式为：$r = f(\\theta)$其中，r表示点到原点的距离，$\\theta$表示点与正 x 轴之间的角度，f是一个关于$\\theta$的函数。

极坐标方程的形式可以有很多种，取决于具体问题的性质。

以下是一些常见的极坐标方程的表达式。

1. 极坐标方程表示直线：$r = a\\sec(\\theta - \\alpha)$其中，a是一定的常数，$\\alpha$是直线与极轴之间的夹角。

2. 极坐标方程表示圆：$r = a$其中，a是圆的半径。

3. 极坐标方程表示椭圆：$r = \\frac{a(1 - e^2)}{1 - e\\cos(\\theta - \\alpha)}$其中，a是椭圆的长半轴，e是离心率，$\\alpha$是椭圆与极轴之间的夹角。

4. 极坐标方程表示双曲线：$r = \\frac{a(1 + e^2)}{1 + e\\cos(\\theta - \\alpha)}$其中，a是双曲线的长半轴，e是离心率，$\\alpha$是双曲线与极轴之间的夹角。

利用以上表达式，可以方便地描述出各种形状的曲线。

将极坐标方程转换为直角坐标系的表达式需要利用以下关系式：$x = r\\cos(\\theta)$$y = r\\sin(\\theta)$通过上述关系式，可以将极坐标方程中的$r$与$\\theta$表达式用$x$和$y$来表示，从而得到在直角坐标系中曲线的方程。

极坐标方程在数学和物理中有广泛的应用。

在数学中，它可以用来描述曲线和曲面的形状及其性质。

例如，极坐标方程可用于描述螺旋线、心形线等特殊曲线。

在物理中，极坐标方程可用于描述圆周运动、波动等循环性质的物理现象。

极坐标参数方程知识点总结一、概述极坐标参数方程是描述曲线的一种方式，它使用极角和极径来表示点的位置。

在这种表示法中，极径表示点到原点的距离，而极角表示从 x 轴正半轴开始逆时针旋转到该点所需的角度。

二、基本形式极坐标参数方程通常采用下面的形式：r = f(θ)其中 r 和θ 分别是曲线上某一点的极径和极角，f(θ) 是一个关于θ 的函数。

三、常见曲线1. 圆形：r = a圆形是最简单的曲线之一，它由所有到原点距离相等的点组成。

在极坐标系中，圆形可以表示为 r = a，其中 a 是圆的半径。

2. 点阵图案：r = a + b sin(nθ)这种曲线由多个同心圆组成，并且每个圆上都有 n 个等距离的“尖刺”。

这种图案通常被称为“螺旋状”。

3. 椭圆：r = a b / sqrt(b^2 cos^2(θ) + a^2 sin^2(θ))椭圆是一个具有两个焦点的曲线。

在极坐标系中，它可以用上面的方程来表示。

4. 双曲线：r = a sec(θ)双曲线是另一种具有两个焦点的曲线。

在极坐标系中，它可以用上面的方程来表示。

5. 渐开线：r = a / cos(θ)渐开线是一种无限延伸的曲线，它与圆形非常相似。

在极坐标系中，它可以用上面的方程来表示。

四、性质1. 对称性极坐标参数方程通常具有某些对称性。

例如，如果 f(-θ) = f(θ)，则曲线关于 y 轴对称；如果f(π-θ) = f(θ)，则曲线关于 x 轴对称；如果f(π/2-θ) = f(π/2+θ)，则曲线关于直线 y=x 对称。

2. 切线和法线与直角坐标系中类似，极坐标参数方程也可以用来计算切线和法线。

切线的斜率可以通过求导 r 和θ 来得到：dy/dx = (dy/dθ)/(dx/dθ) = (dr/dθ sin θ + r cos θ)/(-dr/dθ cos θ + r sin θ)法线的斜率是切线斜率的负倒数：dy/dx = -1/(dy/dx)3. 弧长和面积极坐标参数方程也可以用来计算曲线的弧长和面积。

1附录1 曲线的极坐标方程一. 极坐标我们知道，单元实函数()y f x =(x ∈()f D )的图形一般是平面上的一条曲线（段）L , 而()y f x =(x ∈()f D )就是L 的方程. 由给定曲线建立其方程是平面解析几何的基本任务之一，也是本课程所必须的. 但是，在直角坐标系中，对于许多曲线来说，要建立其方程是比较困难的，即使是常用曲线（如等速螺线）也是这样. 然而在极坐标系中，有些问题可以迎刃而解.极坐标也是人们确定平面上点的位置的常用方法. 例如，炮兵射击时，以大炮为基点，利用目标的方位角及目标到大炮的距离来确定目标的位置的. 在航海中也经常使用类似的方法.下面给出利用角和距离建立的坐标系——极坐标系.在平面内取定一点O ，称之为极点，引一条射线Ox ，称之为极轴. 再选定单位长度和角的正向（通常取逆时针方向）（见图F-1）.图 F —1对于平面内任意一点M ，用ρ表示M 到O 的距离，即线段OM 的长度，θ表示从Ox 到OM 的角度. 其中ρ称为点M 的极径，θ称为点M 的极角，当M 为极点O 时，其极径0ρ=，其极角可取任意值. 于是平面上的任意一点就用一对有序实数表示出来了，有序对实数(, )ρθ称为点M 的极坐标.反过来，给定一对有序实数,ρθ（假定0ρ≥），以极点为顶点、极轴为始边作大小等于θ的角，在其终边上截取长为ρ的线段OM ，则M 是平面上极坐标为(, )ρθ的唯一的点.2极坐标为(, )ρθ的点M 也可表示为(,)M ρθ. 这样建立起来的坐标系称为极坐标系.例1 在极坐标系中画出下列各点：.()()()()()π5π4π5π2π1,,(2,0), 1.5,,3,,2,,3,.46333A B C D E F −解图 F —2注意：()()4π2π3,3,33D F −与是同一点.上例表明，平面上点的极坐标不是唯一的. 事实上，一个点的极坐标有无穷多，因为始边为Ox 、终边为OM 的角有无穷多个. 例如，()()()πππ2,,2,2π,2,2π444+−，以及()π2,2π()4k k +∀∈Z 等，都是同一点A 的极坐标.不仅如此， 在某些情况下，允许ρ取负值，是方便的. 当0ρ<时，点.(, )M ρθ可按下列规则确定：作射线OP ，在OP 的反向延长线上取一点M ，使得OM ρ=，则点M 就是极坐标为(, )ρθ的点（见图F —3 ）.例如，上例中的点()π2,4A 也可以表示为()π2,(21)π()4M k k −++∀∈Z .3图F —3如果限定0, 02πρθ≥≤<（或πθπ−<≤），则除极点外，平面上的点与其极坐标就是一一对应的了.二. 曲线的极坐标方程在极坐标系中，曲线L 可以用含有极坐标ρ和θ这两个变量的方程(,)0F ρθ=来表示. 这种方程叫做曲线L 的极坐标方程. 此时，以这个方程的每一组解为坐标的点都在曲线L 上，然而曲线L 上每个点的极坐标有无穷多个，故可能不全满足这个方程，但其中至少有一个坐标能满足这个方程. 这一点是曲线的极坐标方程与直角坐标方程的不同之处.求曲线的极坐标方程的方法与步骤，同直角坐标方程类似，即视曲线为满足某种条件的点的集合（或动点的轨迹），将已知条件用曲线上点的即坐标ρ和θ的关系式表示出来，就得到曲线的极坐标方程.例2 （1）求从极点出发、倾角为π4的射线的极坐标方程；（2）求过极点且倾角为π4解 （1）设(,)M ρθ（图F —4），由条件得π4θ= （0ρ≥）.图F —4这就是所求射线的方程，因为对于任意0ρ≥，坐标为()π,4ρ的点均在此射线上，另一方面，在此射线上的每一点都可用坐标()π,4ρ（0ρ∀≥）来4表示，故其至少有一个坐标满足方程π4θ= （0ρ≥）.（2）易知所求直线的极坐标方程为π4θ= （ρ∀∈R ）（见图F —4 ）.图F —5例 3 求中心在极点、半径为 (0)a a >的圆的极坐标方程.解 设(,)M ρθ为圆上动点，由轨迹条件OM a =，得所求圆的方程为a ρ= （θ∀∈R ）.如果限制02πθ≤<，则此圆上的点的极坐标与方程a ρ=（02πθ≤<）的解是一一对应的.图F —65例4 求圆心在点(,0) (0)a a >其中、半径为a 的圆的极坐标方程. 解 由条件知，圆心在极轴上，且圆经过极点O . 设圆与极轴的另一交点为A （见图F —7），则2OA a =.设(,)M ρθ是圆上任意一点，则OM MA ⊥，于是有 cos OM OA θ=. 所以此圆的极坐标方程为2cos a ρθ= （ππ22θ−≤≤）.图F —6 例5 阿基米德螺线由极坐标方程a ρθ= （0a >为常数）确定的曲线，通常称为阿基米德螺线（或等速螺线）.请画出基米德螺线. 解 在极坐标系中作图的方法和步骤，同直角坐标系中是一样的. 给出θ的一系列允许值，通过()ρρθ=算出ρ的对应值（可列成表格），再根据得到的有序数对在极坐标系中描出相应的点，然后依次将这些点连成平滑的曲线，便得到()ρρθ=的图形.对于a ρθ=（0a >为常数）有：O6图F —7如果允许ρ取负值，则当,ρθ是方程a ρθ=的解时，,ρθ−−也是a ρθ=的解. 因为在极坐标系中，点(,)ρθ−−与点(,)ρθ关于过极点且垂直于极轴的直线对称，故a ρθ=的图形也关于该直线对称. 同济P360(10)图中的实线表示,ρθ取正值时的螺线部分，而虚线表示,ρθ取负值时的螺线部分.阿基米德螺线可以看作按以下条件运动的动点M 的轨迹：以点O 为端点的射线l ，绕点O 作等角速度的转动，而l 上的点M 从O 出发沿l 作等速直线运动. 因此，阿基米德螺线也叫做等速螺线或等进螺线. 在机械传动的凸轮装置中，将绕定轴旋转的凸轮的轮廓设计为阿基米德螺线，以使从动杆作等速直线运动.例6 心脏线用同样的方法，可画出由极坐标方程(1cos )a ρθ=+ （0a >为常数）确定的曲线（见图F —8），称为心脏线 （或心形线），它是外摆线的一种.更多曲线的极坐标方程请见同济附录II7三. 直角坐标与极坐标的转换关系为了研究的方便，有时需将要曲线在一种坐标系下方程转化为另一种坐标系下的方程. 如图F —9所示，把直角坐标系 的原点为极点，Ox 轴的正半轴作为极 轴，并在两种坐标系中取相同的单位 长度.设M 为平面上任意一点，其直角 坐标为(,)x y ，极坐标为(,)ρθ. 则有“极—直”关系转换式：cos sin (0)x y ρθρθρ⎧≥⎨⎩==. 图F —9 由此也有关系转换式：,tan (0)yx x ρθ⎧=⎪⎨=≠⎪⎩在一般情况下，由tan θ确定θ时，可根据点M 所在的象限取最小正角. 例7 （1） 将点M 的极坐标()π5,6化为直角坐标； （2）将点P 的直角坐标()1−化为极坐标.解 （1）x = π55sin ,62y ==即点M 的直角坐标为)52.（2）2, tan ρθ====因为点P 在第三象限，而20,ρ=> 故最小正角为7π6θ=. 因此，P 的极坐标为()7π2,6.例8 化圆的直角坐标方程2220(0)x y ay a +−=>为极坐标方程.8解 将cos (0)sin x y ρθρρθ=⎧≥⎨=⎩2222cos sin 2sin a ρθρθρθ+−即 2sin a ρθ=（0θπ≤≤）.图F —10*例9 广义极坐标变换co s n s i x a y b ρθρθ=⎧⎨=⎩将椭圆22221y x a b+=变换成极坐标系中的单位圆 1 (02π)ρθ=≤≤.习题F-11． 极坐标方程22cos 2 (0)a a ρθ=>的图形称为双纽线. 请描绘出双纽线.2． 指出下列极坐标方程表示什么曲线，并画图：（1）3ρ=； （2）π ()3θρ=−∞<<+∞；（3）cos 2ρθ=； （4）10sin ρθ=； （5）10(1cos )ρθ=+.。

极坐标参数方程
极坐标参数方程是将某种几何图形用极坐标表示的一种数学工具，它是直角坐标系的一种
变体，以极（极轴）与极角（极角确定的点）来表示平面上的点。

极坐标参数方程是利用极坐标表示函数图像的一种方式，其中，极轴是弧度和极角作为参
数来表示函数图像的曲线。

例如，用极坐标参数方程表示圆形曲线可以写成r=a(1-cosθ)，其中a是圆的半径。

此外，给定曲线的极坐标参数方程也可以推導出曲线的一般坐标表示
方程，例如，把极坐标方程r=a(1-cosθ)转换成一般坐标表示的方程就是：x = a (cosθ - 1)，y = a sin θ。

极坐标参数方程不仅可以用于表示圆形曲线，而且还可以表示一些复杂的曲线，例如，三
次曲线。

有时候，采用极坐标表示函数图像会比用直角坐标简单很多，这是因为极坐标可
以消除多项式函数中的二次项，这样，一个曲线可以用极坐标方程表示，而用直角坐标系
表示需要几何转换和积分来解决。

因此，极坐标参数方程是数学中的一种有用的方法，可以有效地表示几何图形，更便于理
解及应用，在计算中，这也能帮助提高效率，推动科学的进步。

极坐标方程公式大全1.点到原点的距离：r2.与正半轴的夹角：θ3.线段：r=ar=a表示距离原点为a的一个圆，其中a是一个常数。

如果a>0，圆心在极坐标系的原点；如果a<0，圆心在原点的反向。

4. 线段：r = a(1±sinθ)r = a(1±sinθ)表示一个心脏形状曲线，其中a是一个常数。

当a>0时，曲线是两半心脏形状；当a<0时，曲线是两半相反的心脏形状。

5. 线段：r = 1/a(1±cosθ)r = 1/a(1±cosθ)表示一个准一次曲线，其中a是一个常数。

当a>0时，曲线有两个极大值和一个极小值；当a<0时，曲线有一个极大值和两个极小值。

6. 线段：r = a±bcosθr = a±bcosθ表示一个椭圆形状曲线，其中a和b是常数。

当a=0时，曲线是一个标准椭圆；当a≠0时，曲线是一个偏心椭圆。

7. 线段：r = a±bsinθr = a±bsinθ表示一个双曲线形状曲线，其中a和b是常数。

当a>0时，曲线有两个分支；当a<0时，曲线只有一条分支。

8. 曲线：r = a(1-sinθ)r = a(1-sinθ)表示一个钟形曲线，其中a是一个常数。

9. 曲线：r = a(1+sinθ)r = a(1+sinθ)表示一个叶形曲线，其中a是一个常数。

10. 曲线：r = asin(nθ)r = asin(nθ)表示一个以原点为中心，顶点在极轴上，具有n个叶片的曲线，其中a和n是常数。

以上是一些常见的极坐标方程公式示例，用于描述平面上的点的坐标。

这些方程能够帮助我们更完整地了解点的位置和形状。

不同的极坐标方程可以描述出各种各样的曲线形状，从简单的圆形到复杂的心脏形状和叶形曲线，极坐标方程为我们提供了更灵活的表示平面上点的方式。

极坐标系下的曲线方程极坐标系是一种以极点为中心，以极轴为基准，描述平面上点位置的坐标系。

在极坐标系中，点的位置由两个参数r 和θ 描述，其中 r 表示点到极点的距离，θ 表示点与极轴的夹角。

极坐标系常用于描述环形物体、旋转对称图形等。

在极坐标系中，曲线的方程可以用极坐标参数 r 和θ 表示。

下面介绍几种常见的曲线方程。

1. 极轴和极点如果一个点的 r 坐标为 0，则该点位于极轴上；如果一个点的θ 坐标为 0，则该点位于极点上。

因此，极轴和极点可以用下面的方程表示：极轴：θ = k (k 为常数)极点：r = 02. 圆的方程在直角坐标系中，圆的方程为 (x-a)² + (y-b)² = r²，其中 (a,b) 表示圆心坐标，r 表示半径。

在极坐标系中，圆的方程可以表示为：r = a cos(θ) + b sin(θ)其中 (a,b) 表示圆心坐标，r 表示半径。

这个方程的具体形式可以通过将圆心坐标和半径代入得到。

例如，以圆心为 (2,3)，半径为 4 的圆的方程为：r = 2 cos(θ) + 3 sin(θ) + 43. 椭圆的方程在直角坐标系中，椭圆的方程为 (x-a)²/a² + (y-b)²/b² = 1，其中(a,b) 表示椭圆中心坐标，a 和 b 分别表示横向半轴长度和纵向半轴长度。

在极坐标系中，椭圆的方程可以表示为：r = (a b) / √((b cos(θ))² + (a sin(θ))²)其中 (a,b) 表示椭圆中心坐标。

这个方程的具体形式可以通过将椭圆中心坐标代入得到。

例如，以中心为 (2,3)，横向半轴长度为4，纵向半轴长度为 3 的椭圆的方程为：r = (12) / √(9 cos²(θ) + 16 sin²(θ))4. 双曲线的方程在直角坐标系中，双曲线的方程为 (x-a)²/a² - (y-b)²/b² = 1，其中(a,b) 表示双曲线中心坐标，a 和 b 分别表示横向半轴长度和纵向半轴长度。

第十讲极坐标系/参数方程/线性规划一、 知识方法拓展：1、曲线的极坐标方程在极坐标系中，曲线可以用含有ρθ，这两个变数的方程()0ϕρθ=，来表示，这种方程叫做这条曲线的极坐标方程。

求曲线的极坐标方程的方法与步骤：1°建立适当的极坐标系，并设动点M 的坐标为()ρθ，； 2°写出适合条件的点M 的集合； 3°()0ϕρθ=列方程，；4°化简所得方程并给出参数的取值范围； 5°证明得到的方程就是所求曲线的方程。

2、三种圆锥曲线统一的极坐标方程：图10-1过点F 作准线L 的垂线，垂足为K ，以焦点F 为极点，FK 的反向延长线FX 为极轴，建立极坐标系。

设()M ρθ，是曲线上任意一点，连结MF ，作MA ⊥L ，MB ⊥FX ，垂足分别为A B ，．那么曲线就是集合MF p Me MA ⎧⎫==⎨⎬⎩⎭. 设焦点F 到准线L 的距离FK P MF ρ==，由，MA BK P COS ρθ==+得cos e p ρρθ=+即1cos epe ρθ=-这就是椭圆、双曲线、抛物线的统一的极坐标方程。

其中当01e <<时，方程表示椭圆，定点F 是它的左焦点，定直线L 是它的左准线。

1e =时，方程表示开口向右的抛物线。

1e >时，方程只表示双曲线右支，定点F 是它的右焦点，定直线L 是它的右准线。

若允许0ρ<，方程就表示整个双曲线。

3、几种常见曲线的极坐标方程(1)四叶玫瑰线：sin 2a ρθ= 当1a =时，其图象如10-2所示图10-2(2)心脏线：2(1cos )a ρθ=-当12a =时，其图象如10-3所示图10-3(3)螺线：是指一些围着某些定点或轴旋转且不断收缩或扩展的曲线。

比较常见的是阿基米德螺线（亦称等速螺线），其方程为：0a ρρθ=+当01,0a ρ==（[]0,2θπ∈）时，其图象如10-4所示：图10-4(4)双纽线：其标准方程为：222cos 2a ρθ= 当212a =时，其图象如10-5所示：图10-54、摆线：若一个半径为 r 的圆在x 轴上滚动，则圆周上的一定点在滚动时划出的轨迹就是一条摆线。