(全國通用版)2019版高考數(shù)學大一輪復習 坐標系和參數(shù)方程 第2節(jié) 參數(shù)方程學案 理 新人教B版
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1、 第2節(jié) 參數(shù)方程 最新考綱 1.了解參數(shù)方程,了解參數(shù)的意義;2.能選擇適當?shù)膮?shù)寫出直線、圓和橢圓的參數(shù)方程. 知 識 梳 理 1.曲線的參數(shù)方程 一般地,在平面直角坐標系中,如果曲線上任意一點的坐標x,y都是某個變數(shù)t的函數(shù)并且對于t的每一個允許值,由這個方程組所確定的點M(x,y)都在這條曲線上,那么這個方程組就叫做這條曲線的參數(shù)方程,聯(lián)系變數(shù)x,y的變數(shù)t叫做參變數(shù),簡稱參數(shù). 2.參數(shù)方程與普通方程的互化 通過消去參數(shù)從參數(shù)方程得到普通方程,如果知道變數(shù)x,y中的一個與參數(shù)t的關系,例如x=f(t),把它代入普通方程,求出另一個變數(shù)與參數(shù)的關系y=g(t),那么就
2、是曲線的參數(shù)方程.在參數(shù)方程與普通方程的互化中,必須使用x,y的取值范圍保持一致. 3.常見曲線的參數(shù)方程和普通方程 點的軌跡 普通方程 參數(shù)方程 直線 y-y0=tan α(x-x0) (t為參數(shù)) 圓 x2+y2=r2 (θ為參數(shù)) 橢圓 +=1(a>b>0) (φ為參數(shù)) 溫馨提醒 直線的參數(shù)方程中,參數(shù)t的系數(shù)的平方和為1時,t才有幾何意義且?guī)缀我饬x為:|t|是直線上任一點M(x,y)到M0(x0,y0)的距離. 診 斷 自 測 1.思考辨析(在括號內(nèi)打“√”或“×”) (1)參數(shù)方程中的x,y都是參數(shù)t的函數(shù).( ) (2)過M0(x0,y0),
3、傾斜角為α的直線l的參數(shù)方程為(t為參數(shù)).參數(shù)t的幾何意義表示:直線l上以定點M0為起點,任一點M(x,y)為終點的有向線段的數(shù)量.( ) (3)方程(θ為參數(shù))表示以點(0,1)為圓心,以2為半徑的圓.( ) (4)已知橢圓的參數(shù)方程(t為參數(shù)),點M在橢圓上,對應參數(shù)t=,點O為原點,則直線OM的斜率為.( ) 答案 (1)√ (2)√ (3)√ (4)× 2.(教材習題改編)在平面直角坐標系中,曲線C:(t為參數(shù))的普通方程為________. 解析 消去t,得x-y=1,即x-y-1=0. 答案 x-y-1=0 3.在平面直角坐標系xOy中,以原點O為極點,x軸的
4、正半軸為極軸建立極坐標系.曲線C1的極坐標方程為ρ(cos θ+sin θ)=-2,曲線C2的參數(shù)方程為(t為參數(shù)),則C1與C2交點的直角坐標為________. 解析 由ρ(cos θ+sin θ)=-2,得x+y=-2.① 又(t為參數(shù))消去t,得y2=8x.② 聯(lián)立①,②得即交點坐標為(2,-4). 答案 (2,-4) 4.直線y=b(x-4)與圓(θ為參數(shù))相切,則切線的傾斜角為________. 解析 圓的普通方程為(x-2)2+y2=3,圓心A(2,0),半徑r=. ∵直線y=b(x-4)與圓相切, ∴=,則b2=3,b=±. 因此tan θ=±,切線的傾斜角為
5、或π. 答案 或 5.(2017·江蘇卷)在平面坐標系xOy中,已知直線l的參數(shù)方程為(t為參數(shù)),曲線C的參數(shù)方程為(s為參數(shù)).設P為曲線C上的動點,求點P到直線l的距離的最小值. 解 由(t為參數(shù))消去t. 得l的普通方程為x-2y+8=0, 因為點P在曲線C上,設點P(2s2,2s). 則點P到直線l的距離d==, ∴當s=時,d有最小值=. 考點一 參數(shù)方程與普通方程的互化 【例1】 已知直線l的參數(shù)方程為(t為參數(shù)),圓C的參數(shù)方程為(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)直線l的普
6、通方程為2x-y-2a=0, 圓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=≤4, 解得-2≤a≤2.即實數(shù)a的取值范圍是[-2,2]. 規(guī)律方法 1.將參數(shù)方程化為普通方程,消參數(shù)常用代入法、加減消元法、三角恒等變換消去參數(shù). 2.把參數(shù)方程化為普通方程時,要注意哪一個量是參數(shù),并且要注意參數(shù)的取值對普通方程中x及y的取值范圍的影響,一定要保持同解變形. 【訓練1】 (2016·江蘇卷)在平面直角坐標系xOy中,已知直線l的參數(shù)方程為(t為參數(shù)),橢圓C的參數(shù)方程為(θ為參數(shù)).設直線l與橢圓C相交于A,B兩點,求線段AB的
7、長. 解 橢圓C的普通方程為x2+=1. 將直線l的參數(shù)方程(t為參數(shù))代入x2+=1, 得+=1,即7t2+16t=0, 解之得t1=0,t2=-. 所以|AB|=|t1-t2|=.所以線段AB的長為. 考點二 參數(shù)方程及應用 【例2-1】 (2017·全國Ⅰ卷)在直角坐標系xOy中,曲線C的參數(shù)方程為(θ為參數(shù)),直線l的參數(shù)方程為(t為參數(shù)). (1)若a=-1,求C與l的交點坐標; (2)若C上的點到l距離的最大值為,求a. 解 (1)a=-1時,直線l的普通方程為x+4y-3=0. 曲線C的標準方程是+y2=1, 聯(lián)立方程解得或 則C與l交點坐標是(3,0)
8、和. (2)直線l的普通方程是x+4y-4-a=0. 設曲線C上點P(3cos θ,sin θ). 則P到l距離d==, 其中tan φ=. 又點C到直線l距離的最大值為. ∴|5sin(θ+φ)-4-a|的最大值為17. 若a≥0,則-5-4-a=-17,∴a=8. 若a<0,則5-4-a=17,∴a=-16. 綜上,實數(shù)a的值為a=-16或a=8. 【例2-2】 (2018·郴州模擬)在平面直角坐標系xOy中,曲線C的參數(shù)方程為(θ為參數(shù)),直線l的參數(shù)方程為(t為參數(shù)).以坐標原點O為極點,x軸的正半軸為極軸建立極坐標系. (1)寫出直線l的普通方程以及曲線C的極坐
9、標方程; (2)若直線l與曲線C的兩個交點分別為M,N,直線l與x軸的交點為P,求|PM|·|PN|的值. 解 (1)直線l的參數(shù)方程為(t為參數(shù)), 消去參數(shù)t,得x+y-1=0. 曲線C的參數(shù)方程為(θ為參數(shù)), 利用平方關系,得x2+(y-2)2=4,則x2+y2-4y=0. 令ρ2=x2+y2,y=ρsin θ,代入得C的極坐標方程為ρ=4sin θ. (2)在直線x+y-1=0中,令y=0,得點P(1,0). 把直線l的參數(shù)方程代入圓C的方程得t2-3t+1=0, ∴t1+t2=3,t1t2=1. 由直線參數(shù)方程的幾何意義,|PM|·|PN|=|t1·t2|=1.
10、 規(guī)律方法 1.在與直線、圓、橢圓有關的題目中,參數(shù)方程的使用會使問題的解決事半功倍,尤其是求取值范圍和最值問題,可將參數(shù)方程代入相關曲線的普通方程中,根據(jù)參數(shù)的取值條件求解. 2.過定點P0(x0,y0),傾斜角為α的直線參數(shù)方程的標準形式為(t為參數(shù)),t的幾何意義是的數(shù)量,即|t|表示P0到P的距離,t有正負之分.對于形如(t為參數(shù)),當a2+b2≠1時,應先化為標準形式后才能利用t的幾何意義解題. 【訓練2】 (2018·衡水中學質檢)已知曲線C的參數(shù)方程為(θ為參數(shù)),直線l的參數(shù)方程為 (t為參數(shù)). (1)寫出直線l與曲線C的普通方程; (2)設曲線C經(jīng)過伸縮變換得到曲
11、線C′,過點F(,0)作傾斜角為60°的直線交曲線C′于A,B兩點,求|FA|·|FB|. 解 (1)直線l的普通方程2x-y+2=0. 曲線C的普通方程為x2+y2=4. (2)由得 代入曲線C,得x′2+4y′2=4,即+y′2=1. 則曲線C′的方程為+y2=1表示橢圓. 由題設,直線AB的參數(shù)為(t為參數(shù)). 將直線AB的參數(shù)方程代入曲線C′:+y2=1. 得t2+t-1=0,則t1·t2=-, ∴|FA|·|FB|=|t1||t2|=|t1·t2|=. 考點三 參數(shù)方程與極坐標方程的綜合應用 【例3-1】 (2017·全國Ⅲ卷)在直角坐標系xOy中,直線l1的參
12、數(shù)方程為(t為參數(shù)),直線l2的參數(shù)方程為(m為參數(shù)).設l1與l2的交點為P,當k變化時,P的軌跡為曲線C. (1)寫出C的普通方程; (2)以坐標原點為極點,x軸正半軸為極軸建立極坐標系,設l3:ρ(cos θ+sin θ)-=0,M為與C的交點,求M的極徑. 解 (1)由l1:(t為參數(shù))消去t, 化為l1的普通方程y=k(x-2),① 同理得直線l2的普通方程為x+2=ky,② 聯(lián)立①,②消去k,得x2-y2=4(y≠0). 所以C的普通方程為x2-y2=4(y≠0). (2)將直線l3化為普通方程為x+y=, 聯(lián)立得 ∴ρ2=x2+y2=+=5,∴與C的交點M的極
13、徑為. 【例3-2】 (2018·河北“五個一”名校聯(lián)盟二模)在平面直角坐標系xOy中,曲線C的參數(shù)方程為(α為參數(shù)).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ρcos=.l與C交于A,B兩點. (1)求曲線C的普通方程及直線l的直角坐標方程; (2)設點P(0,-2),求|PA|+|PB|的值. 解 (1)由曲線C:(α為參數(shù))消去α, 得普通方程+y2=1. 因為直線l的極坐標方程為ρcos=,即ρcos θ-ρsin θ=2, 所以直線l的直角坐標方程為x-y-2=0. (2)點P(0,-2)在l上,則l的參數(shù)方程為 (t為參數(shù)), 代入
14、+y2=1整理得3t2-10t+15=0, 由題意可得|PA|+|PB|=|t1|+|t2|=|t1+t2|=. 規(guī)律方法 1.涉及參數(shù)方程和極坐標方程的綜合題,求解的一般方法是分別化為普通方程和直角坐標方程后求解.當然,還要結合題目本身特點,確定選擇何種方程. 2.數(shù)形結合的應用,即充分利用參數(shù)方程中參數(shù)的幾何意義,或者利用ρ和θ的幾何意義,直接求解,能達到化繁為簡的解題目的. 【訓練3】 (2016·全國Ⅲ卷)在直角坐標系xOy中,曲線C1的參數(shù)方程為(α為參數(shù)),以坐標原點為極點,以x軸的正半軸為極軸,建立極坐標系,曲線C2的極坐標方程為ρsin=2. (1)寫出C1的普通方程
15、和C2的直角坐標方程; (2)設點P在C1上,點Q在C2上,求|PQ|的最小值及此時P的直角坐標. 解 (1)曲線C1的普通方程為+y2=1. 又曲線C2:ρsin=2. 所以ρsin θ+ρcos θ=4. 因此曲線C2的直角坐標方程為x+y-4=0. (2)由題意,可設點P的直角坐標為(cos α,sin α). 因為C2是直線,所以|PQ|的最小值即為P到C2的距離d(α)的最小值. d(α)==, 當且僅當α=2kπ+(k∈Z)時,d(α)取得最小值,最小值為,此時P的直角坐標為. 基礎鞏固題組 (建議用時:50分鐘) 1.平面直角坐標系xOy中,曲線C:(
16、x-1)2+y2=1.直線l經(jīng)過點P(m,0),且傾斜角為. (1)求圓C和直線l的參數(shù)方程; (2)若直線l與曲線C相交于A,B兩點,且|PA|·|PB|=1,求實數(shù)m的值. 解 (1)由曲線C:(x-1)2+y2=1. 得參數(shù)方程為(θ為參數(shù)). 直線l的參數(shù)方程為(t為參數(shù)). (2)設A,B兩點對應的參數(shù)分別為t1,t2, 將直線l的參數(shù)方程代入x2+y2=2x中, 得t2+(m-)t+m2-2m=0,所以t1t2=m2-2m, 由題意得|m2-2m|=1,得m=1,m=1+或m=1-. 2.(2018·新鄉(xiāng)模擬)以坐標原點O為極點,x軸的正半軸為極軸建立極坐標系,
17、已知曲線C的極坐標方程為ρ=4cos θ,曲線M的直角坐標方程為x-2y+2=0(x>0). (1)以曲線M上的點與點O連線的斜率k為參數(shù),寫出曲線M的參數(shù)方程; (2)設曲線C與曲線M的兩個交點為A,B,求直線OA與直線OB的斜率之和. 解 (1)由得 故曲線M的參數(shù)方程為. (2)由ρ=4cos θ,得ρ2=4ρcos θ,∴x2+y2=4x. 將代入x2+y2=4x整理得k2-4k+3=0, ∴k1+k2=4. 故直線OA與直線OB的斜率之和為4. 3.已知曲線C:+=1,直線l:(t為參數(shù)). (1)寫出曲線C的參數(shù)方程,直線l的普通方程; (2)過曲線C上任意一
18、點P作與l夾角為30°的直線,交l于點A,求|PA|的最大值與最小值. 解 (1)曲線C的參數(shù)方程為(θ為參數(shù)). 直線l的普通方程為2x+y-6=0. (2)曲線C上任意一點P(2cos θ,3sin θ)到l的距離為 d=|4cos θ+3sin θ-6|, 則|PA|==|5sin(θ+α)-6|,其中α為銳角,且tan α=. 當sin(θ+α)=-1時,|PA|取得最大值,最大值為. 當sin(θ+α)=1時,|PA|取得最小值,最小值為. 4.(2018·黃山二模)已知曲線C的極坐標方程為ρ=,過點P(1,0)的直線l交曲線C于A,B兩點. (1)將曲線C的極坐標
19、方程化為直角坐標方程; (2)求|PA|·|PB|的取值范圍. 解 (1)由ρ=得ρ2(1+sin2θ)=2. 故曲線C的直角坐標方程為+y2=1. (2)由題意知,直線l的參數(shù)方程為(t為參數(shù)). 將代入+y2=1. 化簡得(cos2α+2sin2α)t2+2tcos α-1=0. 設A,B對應的參數(shù)分別為t1,t2, 則t1t2=. 則|PA|·|PB|=|t1t2|==. 由于≤≤1, ∴|PA|·|PB|的取值范圍為. 5.(2016·全國Ⅱ卷)在直角坐標系xOy中,圓C的方程為(x+6)2+y2=25. (1)以坐標原點為極點,x軸正半軸為極軸建立極坐標系,
20、求C的極坐標方程; (2)直線l的參數(shù)方程是(t為參數(shù)),l與C交于A,B兩點,|AB|=,求l的斜率. 解 (1)由x=ρcos θ,y=ρsin θ可得圓C的極坐標方程為ρ2+12ρcos θ+11=0. (2)在(1)中建立的極坐標系中,直線l的極坐標方程為θ=α(ρ∈R). 設A,B所對應的極徑分別為ρ1,ρ2,將l的極坐標方程代入C的極坐標方程得ρ2+12ρcos α+11=0. 于是ρ1+ρ2=-12cos α,ρ1ρ2=11. |AB|=|ρ1-ρ2|==. 由|AB|=得cos2α=,tan α=±. 所以l的斜率為或-. 能力提升題組 (建議用時:30分鐘
21、) 6.(2018·湖南長郡中學聯(lián)考)已知曲線C1: (t為參數(shù)),C2:(θ為參數(shù)). (1)化C1,C2的方程為普通方程,并說明它們分別表示什么曲線; (2)若C1上的點P對應的參數(shù)為t=,Q為C2上的動點,求PQ的中點M到直線C3:(t為參數(shù))距離的最小值. 解 (1)由C1消去參數(shù)t,得曲線C1的普通方程為(x+4)2+(y-3)2=1. 同理曲線C2的普通方程為+=1. C1表示圓心是(-4,3),半徑是1的圓,C2表示中心是坐標原點,焦點在x軸上,長半軸長是8,短半軸長是3的橢圓. (2)當t=時,P(-4,4),又Q(8cos θ,3sin θ), 故M, 又C
22、3的普通方程為x-2y-7=0, 則M到直線C3的距離d=|4cos θ-3sin θ-13|=|3sin θ-4cos θ+13|=|5(sin θ-φ)+13|,所以d的最小值為. 7.在直角坐標系中,以坐標原點為極點,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ρ-2cos θ-6sin θ+=0,直線l的參數(shù)方程為(t為參數(shù)). (1)求曲線C的普通方程; (2)若直線l與曲線C交于A,B兩點,點P的坐標為(3,3),求|PA|+|PB|的值. 解 (1)曲線C的極坐標方程為ρ-2cos θ-6sin θ+=0, 可得ρ2-2ρcos θ-6ρsin θ+1=0,
23、 可得x2+y2-2x-6y+1=0,曲線C的普通方程:x2+y2-2x-6y+1=0. (2)由于直線l的參數(shù)方程為(t為參數(shù)). 把它代入圓的方程整理得t2+2t-5=0,∴t1+t2=-2,t1t2=-5, 則|PA|=|t1|,|PB|=|t2|,∴|PA|+|PB|=|t1|+|t2|=|t1-t2|==2. ∴|PA|+|PB|的值為2. 8.(2018·哈爾濱模擬)已知曲線C的參數(shù)方程為(θ為參數(shù)),以坐標原點O為極點,x軸的正半軸為極軸建立極坐標系,直線l的極坐標方程為ρsin=4. (1)寫出曲線C的極坐標方程和直線l的普通方程; (2)若射線θ=與曲線C交于O,A兩點,與直線l交于B點,射線θ=與曲線C交于O,P兩點,求△PAB的面積. 解 (1)由(θ為參數(shù)),消去θ. 普通方程為(x-2)2+y2=4. 從而曲線C的極坐標方程為ρ2-4ρcos θ=0,即ρ=4cos θ, 因為直線l的極坐標方程為ρsin=4,即ρsin θ+ρcos θ=4, ∴直線l的直角坐標方程為x+y-8=0. (2)依題意,A,B兩點的極坐標分別為,, 聯(lián)立射線θ=與曲線C的極坐標方程得P點極坐標為, ∴|AB|=2, ∴S△PAB=×2×2sin=2. 12
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