专题9.1：第一讲_坐标系·_二、极坐标系》

二 极坐标系[对应学生用书P5] 1．极坐标系的概念(1)极坐标系的建立：在平面内取一个定点O ，叫做极点，自极点O 引一条射线Ox ，叫做极轴；再选定一个长度单位，一个角度单位(通常取弧度)及其正方向(通常取逆时针方向)，这样就建立了一个极坐标系．(2)极坐标系内一点的极坐标的规定：设M 是平面内一点，极点O 与点M 的距离|OM |叫做点M 的极径，记为ρ；以极轴Ox 为始边，射线OM 为终边的角xOM 叫做点M 的极角，记为θ.有序数对(ρ，θ)叫做点M 的极坐标，记为M (ρ，θ)．一般地，不作特殊说明时，我们认为ρ≥0，θ可取任意实数．(3)极坐标与直角坐标的区别与联系2．极坐标和直角坐标的互化 (1)互化的前提条件：①极坐标系中的极点与直角坐标系中的原点重合； ②极轴与x 轴的正半轴重合； ③两种坐标系取相同的长度单位．(2)互化公式⎩⎪⎨⎪⎧x ＝ρcos θ，y ＝ρsin θ；⎩⎪⎨⎪⎧ρ2＝x 2＋y 2，tan θ＝y x (x ≠0).[对应学生用书P5][例1] 已知点 (1)点P 是点Q 关于极点O 的对称点； (2)点P 是点Q 关于直线θ＝π2的对称点．[思路点拨] 确定一点的极坐标关键是确定它的极径和极角两个量，为此应明确它们的含义．[解] (1)由于P ，Q 关于极点对称，得极径|OP |＝|OQ |，极角相差(2k ＋1)π(k ∈Z)．所以点P 的极坐标为(ρ，(2k ＋1)π＋θ)或(－ρ，2k π＋θ)(k ∈Z)．(2)由P ，Q 关于直线θ＝π2对称，得它们的极径|OP |＝|OQ |，点P 的极角θ′满足θ′＝π－θ＋2k π(k ∈Z)， 所以点P 的坐标为(ρ，(2k ＋1)π－θ)或(－ρ，2k π－θ)(k ∈Z)．设点M 的极坐标是(ρ，θ)，则M 点关于极点的对称点的极坐标是(－ρ，θ)或(ρ，θ＋π)；M 点关于极轴的对称点的极坐标是(ρ，－θ)；M点关于过极点且垂直于极轴的直线的对称点的极坐标是(ρ，π－θ)或(－ρ，－θ)．另外要注意，平面上的点与这一点的极坐标不是一一对应的．1．与极坐标⎝ ⎛⎭⎪⎫－2，π6不表示同一个点的极坐标是( ) A.⎝ ⎛⎭⎪⎫2，7π6 B.⎝ ⎛⎭⎪⎫2，－7π6C.⎝ ⎛⎭⎪⎫－2，－11π6D.⎝ ⎛⎭⎪⎫－2，13π6解析：选B 根据极坐标(ρ，θ)与(ρ，2k π＋θ)(k ∈Z)，(－ρ，2k π＋π＋θ)(k∈Z)在极坐标系中表示同一个点，可知只有⎝ ⎛⎭⎪⎫2，－7π6与⎝ ⎛⎭⎪⎫－2，π6表示的不是同一个点的极坐标．另外，也可画出点⎝ ⎛⎭⎪⎫－2，π6在极坐标系中的位置，如图所示，对照各选项进行检验．2．在极坐标系中，点A 的极坐标是⎝ ⎛⎭⎪⎫3，π6，求点A 关于直线θ＝π2的对称点的极坐标(规定ρ>0，θ∈[0,2π))．解：作出图形，可知A ⎝ ⎛⎭⎪⎫3，π6关于直线θ＝π2的对称点是⎝ ⎛⎭⎪⎫3，5π6.[例2] (1)把点A 的极坐标⎝⎛⎭⎪⎫2，6化成直角坐标；(2)把点P 的直角坐标(1，－3)化成极坐标(ρ>0，θ∈[0,2π))． [思路点拨] 依据极坐标与直角坐标互化的公式解题． [解] (1)设A (x ，y )，则x ＝2cos 7π6＝－3，y ＝2sin7π6＝－1， 故点A 的直角坐标为(－3，－1)．(2)ρ＝12＋(－3)2＝2，tan θ＝－31＝－ 3.又因为点P 在第四象限且0≤θ<2π，得θ＝5π3.因此点P 的极坐标是⎝⎛⎭⎪⎫2，5π3.(1)极坐标和直角坐标互化的前提条件有三，即极点与原点重合，极轴与x 轴正半轴重合，有相同的长度单位，三者缺一不可．(2)熟记互化公式，必要时可画图来分析．3．分别把下列点的极坐标化为直角坐标．(1)⎝ ⎛⎭⎪⎫2，π6；(2)⎝ ⎛⎭⎪⎫3，π2；(3)⎝⎛⎭⎪⎫4，2π3；(4)(π，π)；(5)(6,2)．解：(1)∵x ＝ρcos θ＝2cos π6＝3，y ＝ρsin θ＝2sin π6＝1，∴点的极坐标⎝⎛⎭⎪⎫2，π6化为直角坐标为(3，1)．(2)∵x ＝ρcos θ＝3cos π2＝0，y ＝ρsin θ＝3sin π2＝3，∴点的极坐标⎝⎛⎭⎪⎫3，π2化为直角坐标为(0,3)．(3)∵x ＝ρcos θ＝4cos 2π3＝－2，y ＝ρsin θ＝4sin2π3＝23， ∴点的极坐标⎝⎛⎭⎪⎫4，2π3化为直角坐标为(－2,23)．(4)∵x ＝ρcos θ＝πcos π＝－π，y ＝ρsin θ＝πsin π＝0， ∴点的极坐标(π，π)化为直角坐标为(－π，0)． (5)∵x ＝ρcos θ＝6cos 2，y ＝ρsin θ＝6sin 2， ∴点的极坐标(6,2)化为直角坐标为(6cos 2,6sin 2)． 4．若以极点为原点，极轴为x 轴正半轴建立直角坐标系．(1)已知点A 的极坐标⎝⎛⎭⎪⎫4，5π3，求它的直角坐标；(2)已知点B 和点C 的直角坐标为(2，－2)和(0，－15)，求它们的极坐标(ρ＞0，θ∈[0,2π))．解：(1)∵x ＝ρcos θ＝4cos 5π3＝2.y ＝ρsin θ＝4sin5π3＝－2 3. ∴点A 的直角坐标为(2，－23)． (2)∵ρ＝x 2＋y 2＝22＋(－2)2＝22， tan θ＝－22＝－1，且点B 位于第四象限内，∴θ＝7π4，∴点B 的极坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫22，7π4.又∵x ＝0，y ＜0，∴ρ＝15，θ＝3π2.∴点C 的极坐标为⎝⎛⎭⎪⎫15，3π2.一、选择题1．已知点M 的极坐标是⎝⎛⎭⎪⎫－2，－π6，它关于直线θ＝π2的对称点的坐标是( ) A.⎝ ⎛⎭⎪⎫2，11π6 B.⎝ ⎛⎭⎪⎫－2，7π6C.⎝⎛⎭⎪⎫2，－π6D.⎝⎛⎭⎪⎫－2，－11π6解析：选 B 在极坐标系中，描点⎝ ⎛⎭⎪⎫－2，－π6时，先找到角－π6的终边，再在其反向延长线上找到离极点2个单位长度的点，即为点⎝ ⎛⎭⎪⎫－2，－π6.直线θ＝π2就是极角为π2的那些点的集合．故M ⎝ ⎛⎭⎪⎫－2，－π6关于直线θ＝π2对称的点为⎝⎛⎭⎪⎫2，π6，但选项中没有此点，⎝ ⎛⎭⎪⎫2，π6还可以写成⎝ ⎛⎭⎪⎫－2，7π6，故选B.2．点M 的直角坐标为(－3，－1)，化为极坐标是( )A.⎝ ⎛⎭⎪⎫2，5π6B.⎝ ⎛⎭⎪⎫2，7π6C.⎝⎛⎭⎪⎫2，11π6D.⎝⎛⎭⎪⎫2，π6解析：选B ∵点M 的直角坐标为(－3，－1)，∴ρ＝(－3)2＋(－1)2＝2，又点M 位于第三象限，且tan θ＝－1－3＝33，∴可取θ＝7π6，故选B. 3．极坐标系中的点A ⎝⎛⎭⎪⎫2，π3到圆x 2＋y 2－2x ＝0的圆心的距离为( )A ．2B ．1C ．3 D. 3解析：选D 点A 的极坐标⎝⎛⎭⎪⎫2，π3化为直角坐标为(1，3)，圆x 2＋y 2－2x ＝0的圆心为(1,0)，由两点间的距离公式得所求距离为 3.4．在复平面内，设点P 对应的复数为1＋i ，以原点为极点，实轴正半轴为极轴建立极坐标系，则点P 的极坐标为( )A.⎝⎛⎭⎪⎫2，π4B.⎝⎛⎭⎪⎫－2，3π4 C.⎝ ⎛⎭⎪⎫1，34πD.⎝⎛⎭⎪⎫－1，π4 解析：选A 设点P 的极坐标为(ρ，θ)(ρ>0)，∵点P 的直角坐标为(1,1)， ∴ρ＝|OP |＝2，θ＝π4，故选A.二、填空题5．极点的极坐标为________．解析：因为极点对应的极径为0，极角为任意角，所以极点的极坐标为(0，θ)(θ∈R)． 答案：(0，θ)(θ∈R)6．在极坐标系中，已知A ⎝⎛⎭⎪⎫1，3π4，B ⎝ ⎛⎭⎪⎫2，π4两点，则|AB |＝________.解析： |AB |＝ 12＋22－2×1×2cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫3π4－π4＝ 5.答案： 57．直线l 过点A ⎝ ⎛⎭⎪⎫3，π3，B ⎝⎛⎭⎪⎫3，π6，则直线l 与极轴夹角的大小为________．解析：如图所示，先在图形中找到直线l 与极轴夹角(要注意夹角是个锐角)，然后根据点A ，B 的位置分析夹角大小．因为|AO |＝|BO |＝3，∠AOB ＝π3－π6＝π6，所以∠OAB ＝π－π62＝5π12，所以∠ACO ＝π－π3－5π12＝π4.答案：π4三、解答题8．在极轴上求与点A ⎝ ⎛⎭⎪⎫42，π4的距离为5的点M 的坐标． 解：设M (r,0)，因为A ⎝ ⎛⎭⎪⎫42，π4， 所以(42)2＋r 2－82r ·cos π4＝5，即r 2－8r ＋7＝0. 解得r ＝1或r ＝7.所以M 点的坐标为(1,0)或(7,0)．9．(1)已知点的极坐标分别为A ⎝⎛⎭⎪⎫3，－π4，B ⎝ ⎛⎭⎪⎫2，4π3， C ⎝⎛⎭⎪⎫32，3π2，D ⎝ ⎛⎭⎪⎫6，7π4，求它们的直角坐标．(2)已知点的直角坐标分别为A (6，2)，B ⎝⎛⎭⎪⎫0，－63， C ()－6，－2，求它们的极坐标(ρ≥0,0≤θ＜2π)．解：(1)根据x ＝ρcos θ，y ＝ρsin θ， 得A ⎝⎛⎭⎪⎫322，－322，B (－1，－3)，C ⎝⎛⎭⎪⎫0，－32，D (32，－32)．(2)根据ρ2＝x 2＋y 2，tan θ＝yx，得A ⎝ ⎛⎭⎪⎫22，π6，B ⎝ ⎛⎭⎪⎫63，3π2，C ⎝ ⎛⎭⎪⎫22，7π6. 10．在极坐标系中，已知△ABC 的三个顶点的极坐标分别为A ⎝⎛⎭⎪⎫2，π3，B (2，π)，C ⎝⎛⎭⎪⎫2，5π3. (1)判断△ABC 的形状； (2)求△ABC 的面积．解：(1)如图，由A ⎝⎛⎭⎪⎫2，π3，B ()2，π，C ⎝⎛⎭⎪⎫2，5π3，得|OA |＝|OB |＝|OC |＝2，∠AOB ＝∠BOC ＝∠AOC ＝2π3. 所以△AOB ≌△BOC ≌△AOC ， 所以|AB |＝|BC |＝|CA |， 故△ABC 为等边三角形． (2)由上述可知，|AC |＝2|OA |sin π3＝2×2×32＝2 3.所以S △ABC ＝12×23×23×32＝3 3.。