(12)极极坐标与参数方程

参数方程与极坐标参数方程和极坐标是数学中常用的描述平面曲线的两种方法。

两者分别适用于不同类型的曲线，并且在不同的数学领域中都有广泛的应用。

下面将详细介绍参数方程和极坐标。

1.参数方程参数方程是用参数形式描述曲线的方程。

一条平面曲线可以用参数方程表示为：x=f(t)y=g(t)其中x和y是曲线上的点的坐标，t是参数。

通过改变参数t的取值，我们可以获得曲线上的各个点。

参数方程的优点是可以轻松地描述一些复杂的曲线，例如椭圆、双曲线、直角坐标系不容易表示的曲线等。

此外，参数方程也常用于描述运动学问题，其中x和y可以表示物体在不同时间点的位置。

然而，参数方程也有一些限制。

一条曲线可以有多种不同的参数方程表示，而同一条曲线也可能存在无穷多个参数方程。

因此，在使用参数方程时，需要选择恰当的参数范围以确保曲线的完整性和正确性。

2.极坐标极坐标是一种描述平面上点的方法，其中每个点由一个距离和一个角度组成。

极坐标系中，坐标轴被称为极轴，原点为极点，极轴正方向为极角为0的方向。

一个点的极坐标可以用(r,θ)表示，其中r是点到极点的距离，θ是点相对极轴的角度。

通过改变r和θ的取值，我们可以获得平面上的各个点。

极坐标的优点在于能够简洁地表示出具有对称特点的曲线，例如圆、椭圆、双曲线等。

此外，极坐标也常用于描述极坐标系下的物体运动，其中r和θ可以表示物体在不同时间点的位置。

然而，极坐标也有一些局限性。

极坐标系不适用于描述直线和垂直于极轴的曲线。

此外，极坐标系下的计算也相对复杂，需要进行数学变换来转换为直角坐标系进行计算。

3.参数方程与极坐标的关系参数方程和极坐标是可以相互转换的。

对于一个曲线的参数方程x=f(t)，y=g(t)，我们可以将x和y转换为极坐标r和θ，从而得到曲线的极坐标方程。

设x=r*cos(θ)，y=r*sin(θ)，则有：r*cos(θ) = f(t)r*sin(θ) = g(t)通过这个转换，我们可以将一个曲线从参数方程转换为极坐标方程，并反过来。

极坐标与参数方程极坐标和参数方程是解析几何中的两种常见的坐标系统。

它们在描述曲线、曲面和图形等数学问题中具有重要的应用。

本文将就极坐标和参数方程的定义、特点以及应用做详细介绍。

一、极坐标1.1 定义极坐标是用一个有序的有序对(r, θ)来表示平面上的点P。

其中r表示点P到原点的距离，θ表示点P与X轴正半轴的夹角。

极坐标可以看做是极径和极角的一种表示方式。

1.2 特点极坐标的主要特点在于其描述了点P与原点之间的极径和极角关系，而不是点的直角坐标。

极坐标有助于描述某些特殊的图形特征，如圆、扇形和螺旋线等。

1.3 转换关系极坐标与直角坐标之间存在一定的转换关系。

对于平面上一点P(x,y)，其转换为极坐标(r,θ)的关系如下：r = √(x² + y²)θ = arctan(y/x)二、参数方程2.1 定义参数方程又称参数表示法，是用参数的形式描述平面上点的坐标。

对于平面上点P，可以使用一组参数t来表示其坐标(x,y)，即P(x(t),y(t))。

参数方程可以看做是x和y的函数表达。

2.2 特点参数方程的主要特点在于可以通过参数的变化来描述点的轨迹和运动规律。

参数方程常用于描述曲线、线段和曲面等几何形体，同时也在物理学和工程学中广泛应用。

2.3 转换关系直角坐标和参数方程之间也存在转换关系。

对于平面上一点P(x,y)，其对应的参数方程为：x = x(t)y = y(t)三、极坐标与参数方程的应用3.1 几何图形的描述极坐标和参数方程可以更直观地描述某些几何图形。

比如，圆的极坐标方程为(r,θ) = (a, θ)，其中a为半径；直线可用参数方程表示，利用参数t可以描述直线的起点、终点和运动方向。

3.2 物理学中的应用极坐标和参数方程在物理学中有着广泛的应用。

例如，带电粒子在磁场中的运动可通过参数方程来描述；振动系统中的物体位置随时间的变化也可以通过参数方程来表示。

3.3 工程学中的应用工程学中常常需要处理复杂的曲线和曲面。

极坐标与参数方程一、 极坐标1.极坐标系：极坐标系：以直角坐标原点为极点，x 轴的非负半轴为极轴，一个线段长度为极径，逆时针方向为正方向旋转一定的角度建立的坐标系称为极坐标系．设M 为平面内一点，极点O 与点M 的距离|OM |叫作点M 的极径，记为ρ；以极轴Ox 为始边，射线OM 为终边的角xOM 叫作点M 的极角，记为θ，有序实数对(ρ，θ)叫作点M 的极坐标，记作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．2.直角坐标与极坐标的互化：以直角坐标系的O 为极点，x 轴正半轴为极轴，且在两坐标系中取相同的单位长度，平面内的任一点P 的直角坐标和极坐标分别为(x ，y )和(ρ，θ)，则cos sin x y ρθρθ=⎧⎨=⎩，或222tan (0)x y y x x ρθ⎧=+⎪⎨=≠⎪⎩．二、参数方程1．参数方程的定义存在一个参变量t ，使得⎩⎪⎨⎪⎧x ＝f (t )，y ＝g (t )（t 为参变数），即为参数方程． 2．直线的参数方程过定点M 0(x 0，y 0)、倾斜角为α的直线l 的参数方程为⎩⎪⎨⎪⎧x ＝x 0＋t cos α，y ＝y 0＋t sin α(t 为参数)，这一形式称为直线参数方程的标准形式，直线上的动点M 到定点M 0的距离等于参数t 的绝对值．当t ＞0时，M 0M →的方向向上；当t ＜0时，M 0M →的方向向下；当点M 与点M 0重合时，t＝0.直线的标准参数方程：若直线的参数方程一般形式为：⎩⎪⎨⎪⎧x ＝x 0＋at ，y ＝y 0＋bt ( t 为参数)， ①若√a 2+b 2=1，则直线参数方程为标准参数方程； ②若√a 2+b 2≠1，可把它化为标准形式：{x =x 0+√a 2+b 2′y =y 0+√a 2+b 2′ （t ′为参数方程）.此时参数t ′才有如前所说的几何意义． 3．圆的参数方程圆的圆心为O (a ，b )，半径为r 的圆的参数方程为： ⎩⎪⎨⎪⎧x ＝a ＋r cos t ，y ＝b ＋r sin t (t 为参数)． 4．椭圆的参数方程椭圆x 2a 2＋y 2b 2＝1(a ＞b ＞0)的参数方程为：⎩⎪⎨⎪⎧x ＝a cos θ，y ＝b sin θ (θ为参数)．规定θ的范围为θ∈[0,2π)． 5．双曲线的参数方程双曲线x 2a 2－y 2b 2＝1的参数方程为：⎩⎪⎨⎪⎧x ＝a sec φ，y ＝b tan φ(φ为参数)．规定φ的范围为φ∈[0,2π)，且φ≠π2，φ≠3π2.6．抛物线的参数方程抛物线y 2=2px （p >0）的参数方程为：⎩⎪⎨⎪⎧x ＝2pt 2，y ＝2pt (t 为参数，t ∈R)其中p 为正的常数．这是焦点在x 轴正半轴上的抛物线参数方程．二、 极参第二问方法1． 直参圆普（利用“t ”的几何意义）①直线：直线化标准参数方程②曲线：曲线化普通方程③联立①②④韦达定理题型1：|PA |+|PB |={|t A −t B | t A ∙t B <0|t A +t B | t A ∙t B >0题型2：|PA |∙|PB |=|t A ∙t B |题型3：|AB |=|t A −t B |题型4：1|PA |+1|PB |=|PA |+|PB ||PA |∙|PB |2． 圆参直普（求范围/最值）①曲线：曲线化参数方程②直线（曲线）：直线化普通方程（曲线化参数方程） ③由曲线参数方程设动点坐标题型1：目标函数型：点代入目标式子求取值范围 题型2：点到直线距离型：点代入点到直线距离公式 d =00√A 2+B 2题型3：两点距离型：代入两点距离公式|AB |=√(x 1−x 2)2+(y 1−y 2)23． 极极联立①直线与曲线均化为极坐标方程②联立极坐标方程求交点极坐标③利用极径与夹角几何意义题型1：直线过原点|AB|=|ρA−ρB|（0、A、B三点共线）题型2：两曲线同时过原点题型3：点在曲线上，由夹角设点坐标。

参数方程与极坐标参数方程知识回顾：一、定义：在取定的坐标系中，如果曲线上任意一点的坐标x 、y 都是某个参数t 的函数，即 ⎩⎨⎧==)()(t f y t f x ，其中，t 为参数，并且对于t 每一个允许值，由方程组所确定的点M （x ，y ）都在这条曲线上，那么方程组就叫做这条曲线的参数方程，联系x 、y 之间关系的变数t 叫做参变数，简称参数． 二、二次曲线的参数方程 1、圆的参数方程：中心在（x 0，y 0），半径等于r 的圆：θθsin cos 00r y y r x x +=+= （θ为参数，θ的几何意义为圆心角），特殊地，当圆心是原点时，θθsin cos r y r x ==注意：参数方程没有直接体现曲线上点的横纵坐标之间的关系，而是分别体现了点的横纵坐标与参数间的关系。

Eg1：已知点P （x ，y ）是圆x 2+y 2-6x-4y+12=0上的动点，求：（1）x 2+y 2的最值；（2）x+y 的最值；（3）点P 到直线x+y-1=0的距离d 的最值。

Eg2：将下列参数方程化为普通方程（1） x=2+3cos θ （2） x=sin θ （3） x=t+t1y=3sin θ y=cos θ y=t 2+21t总结：参数方程化为普通方程步骤：（1）消参（2）求定义域 2、椭圆的参数方程：中心在原点，焦点在x 轴上的椭圆：θθsin cos b y a x == （θ为参数，θ的几何意义是离心角，如图角AON 是离心角）注意：离心率和离心角没关系，如图，分别以椭圆的长轴和短轴为半径画两个同心圆，M 点的轨迹是椭圆，中心在（x 0，y 0）椭圆的参数方程：θθsin cos 00b y y a x x +=+=Eg ：求椭圆203622y x +=1上的点到M （2,0）的最小值。

3、双曲线的参数方程：中心在原点，焦点在x 轴上的双曲线： θθtan sec b y a x == （θ为参数，代表离心角），中心在（x 0，y 0），焦点在x 轴上的双曲线： θθtan sec 00b y y a x x +=+=4、抛物线的参数方程：顶点在原点，焦点在x 轴正半轴上的抛物线：pt y pt x 222== （t 为参数，p ＞0，t 的几何意义为过圆点的直线的斜率的倒数）直线方程与抛物线方程联立即可得到。