_参数方程和普通方程的互化(苏教版)
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圆的参数方程及参数方程与普通方程的互化
(x-h)²+(y-k)²=r²
这是圆的一般方程,也被称为普通方程。它表示平面上任意一点到圆心的距离与半径r的关系。
为了将圆的参数方程转换为普通方程,首先假设圆的参数为角度θ,则参数方程可以表示为:
x = h + r * cosθ
y = k + r * sinθ
这里,θ的取值范围为0到2π,也即一个完整的圆周。将这两个参数方程代入圆的一般方程中,可以得到:
(h + r * cosθ - h)² + (k + r * sinθ - k)² = r²
化简之后,可以得到传统的普通方程。
与参数方程相反,将普通方程转换为参数方程的过程叫做互化。首先,假设圆的圆心为(h,k),半径为r。将圆的一般方程展开:
(x-h)²+(y-k)²=r²
然后,将其中的x和y都表示成关于θ的函数。考虑到sin²θ +
cos²θ = 1,可以设x - h = r * cosθ,y - k = r * sinθ。将这两个式子代入,可以得到:
(r * cosθ)² + (r * sinθ)² = r² 化简之后,即得到参数方程。这样,普通方程和参数方程之间实现了互化。
使用参数方程进行图形绘制时,可以通过改变参数θ的取值范围来绘制整个圆周。此外,参数方程也可以用于描述其他形状,如椭圆、双曲线等。通过调整参数方程的形式,可以绘制出各种不同形状的图形。
参数方程的优势在于它可以更直观地描述图形的特征。通过改变参数的取值范围,我们可以创建出不同的图案,并更容易对图形进行变换、旋转、缩放等操作。此外,参数方程的计算也更加简单,适合用于计算机图形学领域。
总之,参数方程和普通方程是描述圆的两种常用方式。通过互化,我们可以在参数方程和普通方程之间自由切换,并利用它们来描述各种形状的图形。
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参数方程和普通方程的互化
教学目标
1.理解参数方程和消去参数后所得的普通方程是等价的.
2.基本掌握消去参数的方法.
3.培养学生观察、猜想和灵活地进行公式的恒等变形的能力.即在“互化”训练中,提高学生解决数学问题的转化能力.
教学重点与难点
使学生掌握参数方程与普通方程之间的互化法则,明确新旧知识之间的联系,掌握消去参数的基本方法.
教学过程
师:前面的课程里,我们学习了参数方程,下面请看这样一个问题:(放投影片)
由圆外一点Q(a,b)向圆x2+y2=r2作割线,交圆周于A、B两点,求AB中点P的轨迹的参数方程(如图3-5).
分析 割线过点Q(a,b),故割线PQ方程为:
此斜率k可作为参数.(投影)
解 设过点Q的直线方程是y-b=k(x-a),则圆心O与AB中点P的
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即为所求点P的轨迹的参数方程.
师:你能根据点P的参数方程说出点P的轨迹吗?
生:(无言以对)看不出来.
(启发学生猜想,培养参与意识.)
师:你通过题目中点P符合的条件,多画几个点,猜想一下它的形状.
(学生在纸上画,讨论.)
生:点P的轨迹(1)过坐标原点,也就是已知圆的圆心.(2)轨迹不是直线.
师:参数方法是研究曲线和方程的又一种方法,是一种利用参数建立两个变量之间的间接联系的方法.也就是说,参数方程里的参数可以协调x、y的变化.基于这点理论,有时为了判定曲线的类型、研究曲线的几何性质,需要把参数方程化为普通方程.即想办法消去参数k,把参数方程转化为我们熟知的普通方程,再去研究它的几何性质就容易了.
把(3)代入(2)得:x2-ax+y2-by=0.(4)
方程(4)证实了我们的猜想是正确的,具体地说:点P的轨迹是一个过圆心的圆弧(在圆x2+y2=r2的内部). 精品资料
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师:以上事例说明,有时为了判定曲线的类型,研究曲线的几何性质,确实需要把参数方程化为我们认知的普通方程.这节课我们就来学习把参数方程化为普通方程的法则.
参数方程与普通方程的互化
一、参数方程转换为普通方程
对于一个平面曲线,通常可以用参数方程表示,如x=f(t),y=g(t)。将其转换为普通方程的方法是将参数t消去,得到y=f(x)的形式。
以直线为例,设直线的参数方程为x=x0+a*t,y=y0+b*t,其中x0和y0为直线上其中一点的坐标,a和b为向量(a,b)的分量。我们可以通过消去参数t,得到直线的普通方程。
首先,我们可以通过两个参数方程消去参数t,得到x-x0/a=y-y0/b。然后,通过变形化简得到b*(x-x0)=a*(y-y0),即b*x-a*y=b*x0-a*y0。因此,我们可以得到直线的普通方程为b*x-a*y=b*x0-a*y0。
同样的方法可以应用于其他类型的曲线,如圆形、抛物线、椭圆等。通过将参数方程中的参数消去,我们可以得到这些曲线的普通方程。
二、普通方程转换为参数方程
对于给定的普通方程f(x,y)=0,要将其转换为参数方程x=f(t),y=g(t),可以通过替换变量的方法实现。
以圆为例,设圆的普通方程为(x-a)^2+(y-b)^2=r^2,其中(a,b)为圆心坐标,r为半径。要将其转换为参数方程,可以设x-a=r*cos(t),y-b=r*sin(t)。通过替换变量,我们可以得到参数方程x=a+r*cos(t),y=b+r*sin(t)。
类似地,对于其他类型的曲线,如椭圆、抛物线、双曲线等,也可以通过替换变量的方法得到参数方程。根据曲线的性质和普通方程的形式,选择适当的替换变量可以简化参数方程的形式。 三、参数方程于普通方程的优缺点
参数方程和普通方程各有优缺点,根据具体的应用场景选择合适的表达形式。
参数方程的优点在于可以直接描述几何图形的轨迹,可以用简洁的数学形式表示出曲线的特点。参数方程也更适合于描述复杂的曲线,如螺旋线、双曲螺线等。此外,参数方程也更适合于计算机图形学和动画设计等领域,可以通过改变参数值来控制图形的形态和运动。
4.4.2 参数方程与普通方程的互化
学习目标 重点难点
1.能记住参数方程的概念,能够根据条件引进适当的参数,写出参数方程.
2.会将参数方程化普通方程的两种方法:代数法和三角恒等式法.
3.选取适当的参数,能将普通方程化为参数方程. 重点:参数方程与普通方程的互化.
难点:参数方程化为普通方程.
1.参数方程的概念
一般地,在取定的坐标系中,如果曲线上任意一点的坐标(x,y)都是某个变数t的函数 x=f(t),y=g(t),①并且对于t取的每一个允许值,由方程组①所确定的点P(x,y)都在这条曲线上,那么方程组①就叫作这条曲线的参数方程,联系x,y之间关系的变数t叫作参变数,简称参数.
相对于参数方程,我们把直接用坐标(x,y)表示的曲线方程f(x,y)=0叫作曲线的普通方程.
预习交流1
曲线的参数方程的特点是什么?
提示:曲线的普通方程直接地反映了一条曲线上的点的横、纵坐标之间的联系,而参数方程是通过参数反映坐标变量x,y间的间接联系.在具体问题中,参数可能有相应的几何意义,也可能没有什么明显的几何意义.曲线的参数方程常常是方程组的形式,任意给定一个参数的允许取值就可得到曲线上的一个对应点,反过来对于曲线上任一点也必然对应着其中的参数的相应的允许取值.在具体问题中,如果要求相应曲线的参数方程,首先就要注意参数的选取.一般来说,选择参数时应注意考虑以下两点:一是曲线上每一点的坐标(x,y)都能由参数取某一值唯一地确定出来;二是参数与x,y之间的相互关系比较明显,容易列出方程.参数的选取应根据具体条件来考虑,可以是时间,也可以是线段的长度、方位角、旋转角,动直线的斜率、倾斜角、截距,动点的坐标等.有时为了便于列出方程,也可以选两个以上的参数,再设法消去其中的参数得到普通方程,或剩下一个参数得到参数方程.但这样做往往增加了变形与计算的麻烦,所以参数的个数一般应尽量少.
2.代数法消去参数与三角恒等法消去参数