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1、第1講 坐標系
[基礎(chǔ)題組練]
1.在同一平面直角坐標系中,經(jīng)過伸縮變換后,曲線C:x2+y2=36變?yōu)楹畏N曲線,并求曲線的焦點坐標.
解:設圓x2+y2=36上任一點為P(x,y),伸縮變換后對應的點的坐標為P′(x′,y′),
則所以4x′2+9y′2=36,即+=1.
所以曲線C在伸縮變換后得橢圓+=1,
其焦點坐標為(±,0).
2.在直角坐標系xOy中,以O為極點,x軸的正半軸為極軸建立極坐標系.曲線C的極坐標方程為ρcos=1,M,N分別為曲線C與x軸,y軸的交點.
(1)寫出曲線C的直角坐標方程,并求點M,N的極坐標;
(2)設MN的中點為P,求直線OP的極坐
2、標方程.
解:(1)由ρcos=1,得ρ=1,
從而曲線C的直角坐標方程為x+y=1,
即x+y=2.
θ=0時,ρ=2,所以M(2,0).
θ=時,ρ=,所以N.
(2)由(1)得點M的直角坐標為(2,0),點N的直角坐標為.
所以點P的直角坐標為,
則點P的極坐標為,
所以直線OP的極坐標方程為θ=,ρ∈(-∞,+∞).
3.在極坐標系中,圓C是以點C為圓心,2為半徑的圓.
(1)求圓C的極坐標方程;
(2)求圓C被直線l:θ=-(ρ∈R)所截得的弦長.
解:法一:(1)設所求圓上任意一點M(ρ,θ),如圖,
在Rt△OAM中,∠OMA=90°,
∠AOM=2
3、π-θ-,|OA|=4.
因為cos∠AOM=,
所以|OM|=|OA|·cos∠AOM,
即ρ=4cos=4cos,
驗證可知,極點O與A的極坐標也滿足方程,
故ρ=4cos 為所求.
(2)設l:θ=-(ρ∈R)交圓C于點P,
在Rt△OAP中,∠OPA=90°,
易得∠AOP=,
所以|OP|=|OA|cos∠AOP=2.
法二:(1)圓C是將圓ρ=4cos θ繞極點按順時針方向旋轉(zhuǎn)而得到的圓,
所以圓C的極坐標方程是ρ=4cos.
(2)將θ=-代入圓C的極坐標方程ρ=4cos,得ρ=2,
所以圓C被直線l:θ=-(ρ∈R)所截得的弦長為2.
4.(2019
4、·南昌市第一次模擬測試卷)在平面直角坐標系xOy中,曲線C的參數(shù)方程為(t為參數(shù)),以坐標原點為極點,x軸的正半軸為極軸建立極坐標系.
(1)求曲線C的極坐標方程;
(2)若直線l1,l2的極坐標方程分別為θ1=(ρ1∈R),θ2=(ρ2∈R),設直線l1,l2與曲線C的交點分別為O,M和O,N,求△OMN的面積.
解:(1)由參數(shù)方程得普通方程為x2+(y-2)2=4,
把代入x2+(y-2)2=4,得ρ2-4ρsin θ=0.
所以曲線C的極坐標方程為ρ=4sin θ.
(2)由直線l1:θ1=(ρ1∈R)與曲線C的交點為O,M,得|OM|=4sin=2.
由直線l2:θ2=
5、(ρ2∈R)與曲線C的交點為O,N,得|ON|=4sin=2.
易知∠MON=,所以S△OMN=|OM|×|ON|=×2×2=2.
[綜合題組練]
1.(2019·沈陽質(zhì)量檢測(一))在平面直角坐標系xOy中,已知曲線C1的參數(shù)方程為(t為參數(shù)),曲線C2的直角坐標方程為x2+(y-2)2=4.以平面直角坐標系的原點O為極點,x軸的正半軸為極軸建立極坐標系,射線l的極坐標方程為θ=α,0<α<π.
(1)求曲線C1,C2的極坐標方程;
(2)設A,B分別為射線l與曲線C1,C2除原點之外的交點,求|AB|的最大值.
解:(1)由曲線C1的參數(shù)方程(t為參數(shù)),消去參數(shù)t得x2+(y
6、-1)2=1,即x2+y2-2y=0,
所以曲線C1的極坐標方程為ρ=2sin θ.
由曲線C2的直角坐標方程x2+(y-2)2=4,得x2+y2-4y=0,
所以曲線C2的極坐標方程為ρ=4sin θ.
(2)聯(lián)立得A(2sin α,α),所以|OA|=2sin α,
聯(lián)立得B(4sin α,α),所以|OB|=4sin α,
所以|AB|=|OB|-|OA|=2sin α,
因為0<α<π,所以當α=時,|AB|有最大值,最大值為2.
2.(2019·湖北八校聯(lián)考)已知曲線C的極坐標方程為ρ2=,以極點為平面直角坐標系的原點O,極軸為x軸的正半軸建立平面直角坐標系.
(1
7、)求曲線C的直角坐標方程;
(2)A,B為曲線C上兩點,若OA⊥OB,求+的值.
解:(1)由ρ2=得ρ2cos2θ+9ρ2sin2θ=9,
將x=ρcos θ,y=ρsin θ代入得到曲線C的直角坐標方程是+y2=1.
(2)因為ρ2=,所以=+sin2θ,
由OA⊥OB,設A(ρ1,α),則點B的坐標可設為,
所以+=+=+sin2α++cos2α=+1=.
3.(綜合型)(2019·河南名校聯(lián)盟4月聯(lián)考)在平面直角坐標系xOy中,圓C的直角坐標方程為x2+(y-1)2=1.以坐標原點O為極點,x軸正半軸為極軸建立極坐標系,直線l的極坐標方程為ρ(cos θ+sin θ)=5
8、.
(1)求圓C的極坐標方程和直線l的直角坐標方程;
(2)在圓上找一點A,使它到直線l的距離最小,并求點A的極坐標.
解:(1)x2+(y-1)2=1即x2+y2-2y=0,
因為ρ=x2+y2,ρsin θ=y(tǒng),
所以圓C的極坐標方程為ρ2=2ρsin θ,即ρ=2sin θ.
ρ(cos θ+sin θ)=5即ρcos θ+ρsin θ=5,因為ρcos θ=x,ρsin θ=y(tǒng),
所以直線l的直角坐標方程為y=-x+5.
(2)曲線C:x2+(y-1)2=1是以C(0,1)為圓心,1為半徑的圓.
設圓上點A(x0,y0)到直線l:y=-x+5的距離最短,所以圓C在點A
9、處的切線與直線l:y=-x+5平行.
即直線CA與l的斜率的乘積等于-1,即×(-)=-1.①
因為點A在圓上,所以x+(y0-1)2=1,②
聯(lián)立①②可解得x0=-,y0=或x0=,y0=.
所以點A的坐標為或.
又由于圓上點A到直線l:y=-x+5的距離最小,
所以點A的坐標為,
點A的極徑為 =,極角θ滿足tan θ=且θ為第一象限角,則可取θ=.
所以點A的極坐標為.
4.(2018·高考全國卷Ⅰ)在直角坐標系xOy中,曲線C1的方程為y=k|x|+2.以坐標原點為極點,x軸正半軸為極軸建立極坐標系,曲線C2的極坐標方程為ρ2+2ρcos θ-3=0.
(1)求C2
10、的直角坐標方程;
(2)若C1與C2有且僅有三個公共點,求C1的方程.
解:(1)由x=ρcos θ,y=ρsin θ得C2的直角坐標方程為(x+1)2+y2=4.
(2)由(1)知C2是圓心為A(-1,0),半徑為2的圓.
由題設知,C1是過點B(0,2)且關(guān)于y軸對稱的兩條射線.記y軸右邊的射線為l1,y軸左邊的射線為l2.由于B在圓C2的外面,故C1與C2有且僅有三個公共點等價于l1與C2只有一個公共點且l2與C2有兩個公共點,或l2與C2只有一個公共點且l1與C2有兩個公共點.
當l1與C2只有一個公共點時,A到l1所在直線的距離為2,所以=2,故k=-或k=0.經(jīng)檢驗,當k=0時,l1與C2沒有公共點;當k=-時,l1與C2只有一個公共點,l2與C2有兩個公共點;當l2與C2只有一個公共點時,A到l2所在直線的距離為2,所以=2,故k=0或k=.經(jīng)檢驗,當k=0時,l1與C2沒有公共點;當k=時,l2與C2沒有公共點.
綜上,所求C1的方程為y=-|x|+2.
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