(完整版)高考文科数学复习专题极坐标与参数方程
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1.曲线的极坐标方程.
(1)极坐标系:一般地,在平面上取一个定点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(通常取逆时针方向为正方向),这样就建立了一个极坐标系.其中,点O称为极点,射线Ox称为极轴.
(2)极坐标(ρ,θ)的含义:设M是平面上任一点,ρ表示OM的长度,θ表示以射线Ox为始边,射线OM为终边所成的角.那么,有序数对(ρ,θ)称为点M的极坐标.显然,每一个有序实数对(ρ,θ),决定一个点的位置.其中ρ称为点M的极径,θ称为点M的极角.
极坐标系和直角坐标系的最大区别在于:在直角坐标系中,平面上的点与有序数对之间的对应关系是一一对应的,而在极坐标系中,对于给定的有序数对(ρ,θ),可以确定平面上的一点,但是平面内的一点的极坐标却不是唯一的.
(3)曲线的极坐标方程:一般地,在极坐标系中,如果平面曲线C上的任意一点的极坐标满足方程f(ρ,θ)=0,并且坐标适合方程f(ρ,θ)=0的点都在曲线C上,那么方程f(ρ,θ)=0叫做曲线C的极坐标方程.
2.直线的极坐标方程.
(1)过极点且与极轴成φ0角的直线方程是θ=φ0和θ=π-φ0,如下图所示.
(2)与极轴垂直且与极轴交于点(a,0)的直线的极坐标方程是ρcos θ=a,如下图所示.
(3)与极轴平行且在x轴的上方,与x轴的距离为a的直线的极坐标方程为ρsin θ=a,如下图所示.
3.圆的极坐标方程.
(1)以极点为圆心,半径为r的圆的方程为ρ=r,如图1所示.
(2)圆心在极轴上且过极点,半径为r的圆的方程为ρ=2rcos_θ,如图2所示.
(3)圆心在过极点且与极轴成π
2
的射线上,过极点且半径为r的圆的方程为ρ2rsin_θ,
如图3所示.
4.极坐标与直角坐标的互化.
若极点在原点且极轴为x 轴的正半轴,则平面内任意一点M 的极坐标M(ρ,θ)化为平面直角坐标M(x ,y)的公式如下:
⎩⎪⎨⎪⎧x =ρcos θ,y =ρsin θ
或者ρ=x 2+y 2,tan θ=y x ,
其中要结合点所在的象限确定角θ的值.
1.曲线的参数方程的定义.
在平面直角坐标系中,如果曲线上任意一点的坐标x ,y 都是某个变数t 的函数,即
⎩
⎪⎨⎪⎧x =f (t ),y =g (t ),并且对于t 的每一个允许值,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.
2.常见曲线的参数方程.
(1)过定点P(x 0,y 0),倾斜角为α的直线:
⎩
⎪⎨⎪
⎧x =x 0+tcos α,y =y 0+tsin α(t 为参数), 其中参数t 是以定点P(x 0,y 0)为起点,点M(x ,y)为终点的有向线段PM 的数量,又称为点P 与点M 间的有向距离.
根据t 的几何意义,有以下结论:
①设A ,B 是直线上任意两点,它们对应的参数分别为t A 和t B ,则|AB|=|t B -t A |=(t B +t A )2
-4t A ·t B ;
②线段AB 的中点所对应的参数值等于t A +t B 2.
(2)中心在P(x 0,y 0),半径等于r 的圆:
⎩
⎪⎨⎪⎧x =x 0+rcos θ,y =y 0+rsin θ(θ为参数) (3)中心在原点,焦点在x 轴(或y 轴)上的椭圆:
⎩⎪⎨⎪⎧x =acos θ,y =bsin θ(θ为参数)⎝ ⎛⎭⎪⎫或⎩
⎪⎨⎪⎧x =bcos θ,y =asin θ.
中心在点P(x 0,y 0),焦点在平行于x 轴的直线上的椭圆的参数方程为⎩
⎪⎨
⎪⎧x =x 0+acos α,
y =y 0+bsin α(α为参数).
(4)中心在原点,焦点在x 轴(或y 轴)上的双曲线:
⎩
⎪⎨⎪⎧x =asec θ,y =btan θ(θ为参数)⎝ ⎛⎭⎪⎫或⎩⎪⎨⎪⎧
x =btan θ,y =asec θ. (5)顶点在原点,焦点在x 轴的正半轴上的抛物线:
⎩
⎪⎨⎪⎧x =2p ,y =2p (t 为参数,p>0). 注:sec θ=1cos θ.
3.参数方程化为普通方程.
由参数方程化为普通方程就是要消去参数,消参数时常常采用代入消元法、加减消元法、乘除消元法、三角代换法,消参数时要注意参数的取值范围对x ,y 的限制.
1.已知点A 的极坐标为⎝
⎛⎭⎪⎫4,5π3,则点A 的直角坐标是(2,-23).
2.把点P 的直角坐标(6,-2)化为极坐标,结果为⎝ ⎛⎭⎪⎫22,-π6.
3.曲线的极坐标方程ρ=4sin θ化为直角坐标方程为x 2
+(y -2)2
=4.
4.以极坐标系中的点⎝ ⎛⎭⎪⎫1,π6为圆心、1为半径的圆的极坐标方程是ρ=2cos ⎝
⎛⎭⎪⎫θ-π6.
5.在平面直角坐标系xOy 中,若直线l :⎩⎪⎨⎪⎧x =t ,y =t -a (t 为参数)过椭圆C :⎩
⎪⎨
⎪⎧x =3cos θ,
y =2sin θ(θ为参数)的右顶点,则常数a 的值为3.
解析:由直线l :⎩⎪⎨⎪⎧x =t ,y =t -a ,得y =x -a.由椭圆C :⎩
⎪⎨⎪⎧x =3cos θ,y =2sin θ,得x 29=y
2
4=1.所以椭
圆C 的右顶点为(3,0).因为直线l 过椭圆的右顶点,所以0=3-a ,即a =3.