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《坐標(biāo)系與參數(shù)方程》高考全解

2016-02-18 21:17:14單曉敏
中學(xué)課程輔導(dǎo)高考版·學(xué)生版 2016年1期
關(guān)鍵詞:極坐標(biāo)直角坐標(biāo)圓心

在江蘇新課標(biāo)高考中,對《坐標(biāo)系與參數(shù)方程》的考查,以解答題的形式出現(xiàn)在附加題(理科)的選做題部分,占10分.由于此題難度不大,故而成為考生們的首選.對于高考來說,爭奪分?jǐn)?shù)才是硬道理.那么如何才能穩(wěn)穩(wěn)地把這10分收入囊中呢?希望本文對同學(xué)們有所啟發(fā).

一、高考要求

1.理解坐標(biāo)系的作用.了解在平面直角坐標(biāo)系伸縮變換作用下平面圖形的變化情況.

2.會在極坐標(biāo)系中用極坐標(biāo)刻畫點的位置,能進行極坐標(biāo)和直角坐標(biāo)的互化.

3.能在極坐標(biāo)系中給出簡單圖形(如過極點的直線、過極點或圓心在極點的圓)表示的極坐標(biāo)方程.

4.了解參數(shù)方程,了解參數(shù)的意義.

5.能選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)寫出直線、圓和橢圓的參數(shù)方程.

6.掌握直線的參數(shù)方程及參數(shù)的幾何意義,能用直線的參數(shù)方程解決簡單的相關(guān)問題.

二、命題方向

縱觀近幾年江蘇新課標(biāo)高考,對坐標(biāo)系和參數(shù)方程,主要考查平面直角坐標(biāo)系中的伸縮變換、直線和圓的極坐標(biāo)方程;參數(shù)方程與普通方程的互化,常見曲線的參數(shù)方程及參數(shù)方程的簡單應(yīng)用.以極坐標(biāo)、參數(shù)方程與普通方程的互化為主要考查形式,同時考查直線與曲線位置關(guān)系等解析幾何知識.

三、知識梳理

1.直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)的互化

把直角坐標(biāo)系的原點作為極點,x軸正半軸作為極軸,且在兩坐標(biāo)系中取相同的長度單位.如圖,設(shè)M是平面內(nèi)的任意一點,它的直角坐標(biāo)、極坐標(biāo)分別為(x,y)和(ρ,θ),則

x=ρcosθ,

y=ρsinθ,ρ2=x2+y2,

tanθ=yx(x≠0).

2.直線的極坐標(biāo)方程

若直線過點M(ρ0,θ0),且極軸到此直線的角為α,則它的方程為ρsin(θ-α)=ρ0sin(θ0-α).

幾個特殊位置的直線的極坐標(biāo)方程

(1)直線過極點:θ=α;

(2)直線過點M(a,0)且垂直于極軸:ρcosθ=a;

(3)直線過點M(b,π2)且平行于極軸:ρsinθ=b.

3.圓的極坐標(biāo)方程

若圓心為M(ρ0,θ0),半徑為r的圓的方程為ρ2-2ρ0ρcos(θ-θ0)+ρ20-r2=0.

幾個特殊位置的圓的極坐標(biāo)方程

(1)當(dāng)圓心位于極點,半徑為r:ρ=r;

(2)當(dāng)圓心位于M(r,0),半徑為r:ρ=2rcosθ;

(3)當(dāng)圓心位于M(r,π2),半徑為r:ρ=2rsinθ.

4.直線的參數(shù)方程

過定點M(x0,y0),傾斜角為α的直線l的參數(shù)方程為x=x0+tcosα

y=y0+tsinα(t為參數(shù)).

5.圓的參數(shù)方程

圓心在點M(x0,y0),半徑為r的圓的參數(shù)方程為x=x0+rcosθ

y=y0+rsinθ(θ為參數(shù),0≤θ≤2π).

6.圓錐曲線的參數(shù)方程

(1)橢圓x2a2+y2b2=1的參數(shù)方程為x=acosθ

y=bsinθ(θ為參數(shù)).

(2)拋物線y2=2px(p>0)的參數(shù)方程為x=2pt2

y=2pt(t為參數(shù)).

四、考點分析

考點1平面直角坐標(biāo)系中的伸縮變換

例1求雙曲線C:x2-y264=1,經(jīng)過φ:x′=3x

2y′=y 變換后所得曲線C′的焦點坐標(biāo).

解:設(shè)曲線C′上任意一點P′(x′,y′).

∵x′=3x,

2y′=y,∴x=13x′,

y=2y′

代入雙曲線C:x2-y264=1,

得x′29-4y′264=1,化簡得x′29-y′216=1,

即x29-y216=1為曲線C′的方程,可見仍是雙曲線.

則焦點F1(-5,0),F(xiàn)2(5,0).

方法感悟:

1.由伸縮變換公式得x=13x′且y=2y′代入曲線C的方程即得曲線C′的方程.

2.解答該類問題應(yīng)明確兩點:一是根據(jù)平面直角坐標(biāo)系中的伸縮變換公式的意義與作用;二是明確變換前的P(x,y)與變換后的點P′(x′,y′)的坐標(biāo)關(guān)系,利用方程思想求解.

考點2極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的互化

例2(1)在平面直角坐標(biāo)系中,以坐標(biāo)原點為極點,x軸的非負(fù)半軸為極軸建立極坐標(biāo)系.已知點A的極坐標(biāo)為(2,π4),直線l的極坐標(biāo)方程為ρcos(θ-π4)=a,且點A在直線l上.求a的值及直線l的直角坐標(biāo)方程;

(2)已知圓的極坐標(biāo)方程為ρ=4cosθ,圓心為C,點P的極坐標(biāo)為(4,π3),求|CP|.

解:(1)∵點A在直線l上,∴把ρ=2,θ=π4代入直線l方程應(yīng)成立,

即2cos(π4-π4)=a,得a=2.

∴直線l的方程可化為ρ(cosθcosπ4+sinθsinπ4)=2,

化簡得ρcosθ+ρsinθ=2.

從而直線l的直角坐標(biāo)方程為x+y-2=0.

(2)由ρ=4cosθ可得x2+y2=4x,即(x-2)2+y2=4,因此圓心C的直角坐標(biāo)為(2,0).

又點P的直角坐標(biāo)為(2,23).因此|CP|=23.

方法感悟:

1.進行極坐標(biāo)方程與直角坐標(biāo)方程互化的關(guān)鍵是抓住互化公式:x=ρcosθ,y=ρsinθ,ρ2=x2+y2,tanθ=yx(x≠0).

2.進行極坐標(biāo)方程與直角坐標(biāo)方程互化時,注意ρ,θ的取值范圍及其影響;善于對方程進行合理變形,并重視公式的逆向與變形使用;靈活運用代入法和平方法等技巧.

考點3極坐標(biāo)方程的應(yīng)用

例3(1)在極坐標(biāo)系中,已知圓ρ=2cosθ與直線3ρcosθ+4ρsinθ+a=0相切,求實數(shù)a的值.

(2)在極坐標(biāo)系中,已知圓C:ρ=4cosθ被直線l:ρsin(θ-π6)=a截得的弦長為23,求實數(shù)a的值.

解:(1)將極坐標(biāo)方程化為直角坐標(biāo)方程,得圓的方程為x2+y2=2x,即(x-1)2+y2=1,直線的方程為3x+4y+a=0.

由題設(shè)知,圓心(1,0)到直線的距離為1,即有|3×1+4×0+a|32+42=1,解得a=-8或a=2.

故a的值為-8或2.

(2)圓C:ρ=4cosθ的直角坐標(biāo)方程為x2+y2=4x,

∴(x-2)2+y2=4,則圓心C(2,0),半徑r=2,

又直線l的直角坐標(biāo)方程為x-3y+2a=0.

∴圓心C到l的距離d=|2+2a|2=|1+a|,

因為l被圓C截得弦長為23.∴r2-d2=3,即4-|1+a|2=3.∴a=0或a=-2.

方法感悟:

1.(1)(2)中的極坐標(biāo)方程均化為直角坐標(biāo)方程求解.

2.由極坐標(biāo)方程求曲線交點、距離等幾何問題時,如果不能直接用極坐標(biāo)解決,可先轉(zhuǎn)化為直角坐標(biāo)方程,然后求解.

考點4參數(shù)方程與普通方程的互化

例4已知直線l的參數(shù)方程為x=a-2t

y=-4t(t為參數(shù)),圓C的參數(shù)方程為x=4cosθ

y=4sinθ(θ為參數(shù)).

(1)求直線l和圓C的普通方程;

(2)若直線l與圓C有公共點,求實數(shù)a的取值范圍.

解:(1)因為直線l的參數(shù)方程為x=a-2t

y=-4t(t為參數(shù)),

由x=a-2t,得t=a-x2,代入y=-4t,得到直線l的普通方程為2x-y-2a=0.

同理可得曲線C的普通方程為x2+y2=16.

(2)因為直線l與圓C有公共點,

故圓C的圓心到直線l的距離d=|-2a|5≤4,解得-25≤a≤25.

方法感悟:

1.參數(shù)方程化為普通方程的過程就是消去參數(shù)的過程,消參可用代入消參或利用恒等式消參等.

2.參數(shù)方程化為普通方程時,不僅要消去參數(shù),還應(yīng)注意普通方程與原參數(shù)方程的取值范圍保持一致.

考點5參數(shù)方程的應(yīng)用

例5已知直線l過點P(2,0),斜率為43,直線l和拋物線y2=2x相交于A、B兩點,設(shè)線段AB的中點為M,求:

(1)P、M兩點間的距離|PM|;

(2)M點的坐標(biāo);

(3)線段AB的長.

解:(1)∵直線l過點P(2,0),斜率為43,設(shè)直線的傾斜角為α,則

tanα=43,cosα=35,sinα=45,

∴直線l的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)方程為x=2+35t

y=45t(t為參數(shù))(*)

∵直線l和拋物線相交,將直線的參數(shù)方程代入拋物線方程y2=2x,

整理得8t2-15t-50=0,Δ=152+4×8×50>0,

設(shè)這個二次方程的兩個根分別為t1,t2,

由根與系數(shù)的關(guān)系得t1+t2=158,t1t2=-254,

由M為線段AB的中點,根據(jù)參數(shù)t的幾何意義,得|PM|=t1+t22=1516.

(2)∵中點M所對應(yīng)的參數(shù)為tM=1516,將此值代入直線的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)方程(*),則

M點的坐標(biāo)為x=2+35×1516=4116

y=45×1516=34,

即M(4116,34).

(3)|AB|=|t2-t1|=(t1+t2)2-4t1t2

=5873.

方法感悟:

1.涉及過定點的線段長度或距離常選用直線的參數(shù)方程:若α為直線的傾斜角,則參數(shù)方程為x=x0+tcosα

y=y0+tsinα(t為參數(shù)).

2.對于形如x=x0+at

y=y0+bt(t為參數(shù))的參數(shù)方程,當(dāng)a2+b2≠1時,應(yīng)先化為標(biāo)準(zhǔn)形式后才能利用t的幾何意義解題.

考點6參數(shù)方程和極坐標(biāo)的綜合問題

例6在直角坐標(biāo)系xOy中,曲線C1的參數(shù)方程為x=2cosα

y=2+2sinα(α為參數(shù)),M是C1上的動點,點P滿足OP=2OM,點P的軌跡為曲線C2.

(1)求C2的參數(shù)方程;

(2)在以O(shè)為極點,x軸的正半軸為極軸的極坐標(biāo)系中,射線θ=π3與C1的異于極點的交點為A,與C2的異于極點的交點為B,求|AB|.

解:(1)由OP=2OM知,點M是線段OP的中點.設(shè)點P(x,y),則M(x2,y2),

∵點M在曲線C1:x=2cosα

y=2+2sinα上,

所以x2=2cosα

y2=2+2sinα即x=4cosα,

y=4+4sinα.

從而曲線C2的參數(shù)方程為x=4cosα

y=4+4sinα(α為參數(shù)).

(2)曲線C1的極坐標(biāo)方程為ρ=4sinθ,曲線C2的極坐標(biāo)方程為ρ=8sinθ.

∴射線θ=π3與C1的交點A的極徑ρ1=4sinπ3,

射線θ=π3與C2的交點B的極徑ρ2=8sinπ3.

故|AB|=|ρ2-ρ1|=4sinπ3=23.

方法感悟:

1.第(2)問利用極坐標(biāo)方程求兩點間的距離,要注意兩點:(1)準(zhǔn)確把曲線C1,C2化為極坐標(biāo)方程;(2)理解極徑的意義.

2.本題將極坐標(biāo)與參數(shù)方程交織在一起,考查邏輯思維能力及運算求解能力.善于將各類方程相互轉(zhuǎn)化是求解該類問題的前提.

五、友情提示

1.平面上點的直角坐標(biāo)的表示形式是唯一的,但點的極坐標(biāo)的表示形式不唯一.

2.極坐標(biāo)問題通常有兩種研究方法:一是用極坐標(biāo)的知識直接求解;二是轉(zhuǎn)化為直角坐標(biāo)的形式,用直角坐標(biāo)的知識求解.

3.進行極坐標(biāo)方程與直角坐標(biāo)方程互化時,一要注意ρ,θ的取值范圍及其影響.二要重視方程的變形及公式的正用、逆用、變形使用.

4.在解決參數(shù)方程和極坐標(biāo)方程問題時,常將各類方程相互轉(zhuǎn)化以方便求解.

5.將參數(shù)方程化為普通方程時,要注意參數(shù)的取值范圍對普通方程中x,y的取值范圍的影響.

6.設(shè)過點M(x0,y0)的直線l交曲線C于A、B兩點,若直線的參數(shù)方程為x=x0+tcosα,

y=y0+tsinα(t為參數(shù))注意兩個結(jié)論的應(yīng)用:(1)|AB|=|t1-t2|;(2)|MA|·|MB|=|t1·t2|.

(作者:單曉敏,太倉市明德高級中學(xué))

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