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一、了解坐标系的有关概念
1.极坐标系与点的极坐标
【定义】:苏教版选修4-4课本P7
【注】:极坐标系下的点与它的极坐标的对应情况①给定有序实数对
(ρ,θ),在极坐标平面内有唯一确定的点M;
②给定极坐标平面内的一点M.,有无数个极坐标与之对应;
③如果限定ρ>0,0≤θ<2π,那么除去极点外,平面上的点就与极坐标(ρ,θ)(ρ≠0)一一对应;
④一般地,若(ρ,θ)是某点的极坐标,则(ρ,θ+2kπ),(-ρ,θ+(2k+1)π),k∈Z都可以作为该点的极坐标.
【约定】:极点的极坐标中,极径ρ=0,极角θ可取任意值.
二、掌握简单图形的极坐标方程
1.直线
① 经过点A(a,0)且与极轴垂直的直线ρcosθ=a
②经过点A(a,π2)且与极轴平行的直线ρsinθ=a
③经过A(ρ1,θ1)点,且倾斜角为α的直线ρsin(θ-α)=ρ1sin(θ1-α)
2.圆
① 圆心在A(a,0)且过极点的圆ρ=2acosθ
②圆心在A(a,π2)且过极点的圆ρ=2asinθ
③圆心在A(ρ0,θ0),半径为r的圆ρ2-2ρ0ρcos(θ-θ0)+ρ20-r2=0
3.圆锥曲线的统一的极坐标方程ρ=ep1-ecosθ
0
三、掌握极坐标方程与直角坐标方程的互化
【互化的前提条件】:① 极点与直角坐标系的原点重合;② 极轴与x轴正方向重合;③ 两种坐标系取相同的单位长度.
【互化公式】:设点M的直角坐标为(x,y),它的极坐标为(ρ,θ),则
x=ρcosθy=ρsinθ或
ρ2=x2+y2tanθ=yx
通常情况下,将点的直角坐标化为极坐标时,取ρ>0,0≤θ<2π.
【注】:把直角坐标化为极坐标,求极角θ时,应注意判断点M所在的象限(即角θ的终边的位置),以便正确地求出角θ.
例1(2010江苏)在极坐标系中,已知圆ρ=2cosθ与直线3ρcosθ+4ρsinθ+a=0相切,求实数a的值.
解:ρ2=2ρcosθ,圆ρ=2cosθ的普通方程为:x2+y2=2x,(x-1)2+y2=1,
直线3ρcosθ+4ρsinθ+a=0的普通方程为:3x+4y+a=0,又圆与直线相切,所以|3·1+4·0+a|32+42=1,解得:a=2或a=-8.
四、参数方程
1. 曲线的参数方程
【定义】:苏教版选修4-4课本P43
五、直线、圆和椭圆的参数方程
1.经过点P(x0,y0),
倾斜角为α的直线的参数方程为x=x0+tcosαy=y0+tsinα(t为参数)
其中t表示有向线段P0P的数量,|t|=|P0P|
2.以C(x0,y0)为圆心,r为半径的圆的参数方程x=x0+rcosαy=y0+rsinα(α为参数).
注意与直线的参数方程进行比较.
3.椭圆、双曲线、抛物线的参数方程
椭圆x2a2+y2b2=1的参数方程为
x=acosθy=bsinθ(θ为参数)
双曲线x2a2-y2b2=1的参数方程为
x=acosφy=btanφ(φ为参数)
抛物线y2=2px的参数方程为
x=2pt2y=2pt(t为参数)
注意:参数方程与普通方程互化时,要注意变量的范围有无变化.
六、掌握参数方程与普通方程的互化
1.消去参数方程中的参数就得到普通方程,但要注意到普通方程中变量x,y的取值范围应与参数方程中相应的取值范围一致.消去参数的具体方法要根据参数方程的特点来考虑.
消参方法:①代人消去法由其中一式解出t,代人另一式.②加减消去法由两式加减(平方加或减)或乘除消去参数.③换元法通过代数或三角换元消去参数.
2.普通方程化为参数方程,要恰当地选择参数t和函数x=f(t),并且使x=f(t)的值域与普通方程中变量x的范围一致,然后将x=f(t),代人普通方程中解出y=g(t),
即得参数方程x=f(t)y=g(t).普通方程化为参数方程,通常参数是给定的.
例2(江苏2009)已知曲线C的参数方程为x=t-1ty=3(t+1t) ,(t为参数,t>0).求曲线C的普通方程.
解:因为x2=t+1t-2,所以x2+2=t+1t=y3,
故曲线C的普通方程为:3x2-y+6=0.
七、参数方程的简单应用
例3(江苏2008)在平面直角坐标系xOy中,点P(x,y)是椭圆x23+y2=1上的一个动点,求S=x+y的最大值.
解: 因椭圆x23+y2=1的参数方程为x=3cosφy=sinφ (φ为参数)故可设动点P的坐标为(3cosφ,sinφ),其中0≤φ<2π.
因此S=x+y=3cosφ+sinφ=2(32cosφ+12sinφ)=2sin(φ+π3)所以,当φ=π6时,S取最大值2.
八、知识综合应用
例4(江苏2011)
在平面直角坐标系xOy中,求过椭圆x=5cosφy=3sinφ (φ为参数)的右焦点且与直线x=4-2ty=3-t (t为参数)平行的直线的普通方程.
解析:椭圆的普通方程为x225+y29=1,右焦点为(4,0),直线x=4-2ty=3-t (t为参数)的普通方程为2y-x=2,斜率为12;所求直线方程为:y=12(x-4),即x-2y-4=0
例5直线l的极坐标方程为ρsin(θ+π4)=22,求点A(4,5π6)到直线l的距离.
解:在以极点为坐标原点,极轴为x轴正半轴的直角坐标系中,A(4,5π6)的直角坐标为A(4cos5π6,4sin5π6)即A(-23,2),
直线l的极坐标方程 ρsin(θ+π4)=ρ(22sinθ+22cosθ)=22,∴ρsinθ+ρcosθ=1,
化为直角坐标方程为 x+y-1=0.
点A(-23,2)到直线x+y-1=0的距离d=|-23+2-1|2=6-22,
∴点A(4,5π6)到直线l的距离为6-22.
例6在极坐标系中,曲线C的极坐标方程为ρ=22sin(θ-π4),以极点为原点,极轴为x轴的正半轴建立平面直角坐标系,直线l的参数方程为x=1+45ty=-1-35t (t为参数),求直线l被曲线C所截得的弦长.
解:将曲线C的极坐标方程ρ=22sin(θ-π4)化为直角坐标方程为x2+y2+2x-2y=0.直线l的参数方程 x=1+45ty=-1-35t 化为普通方程:3x+4y+1=0.
由曲线C的圆心为C(-1,1),半径为2,所以圆心C到直线l的距离为25,故所求弦长为22-(25)2=2465.
(作者:晏良江,江苏省新沂市高级中学)