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1、選修4—4 坐標(biāo)系與參數(shù)方程
真題試做
1.(2020·上海高考,理10)如圖,在極坐標(biāo)系中,過(guò)點(diǎn)M(2,0)的直線l與極軸的夾角α=.若將l的極坐標(biāo)方程寫成ρ=f(θ)的形式,則f(θ)=__________.
2.(2020·廣東高考,文14)在平面直角坐標(biāo)系xOy中,曲線C1和C2的參數(shù)方程分別為和(t為參數(shù)),則曲線C1和C2的交點(diǎn)坐標(biāo)為__________.
3.(2020·江西高考,理15)曲線C的直角坐標(biāo)方程為x2+y2-2x=0,以原點(diǎn)為極點(diǎn),x軸的正半軸為極軸建立極坐標(biāo)系,則曲線C的極坐標(biāo)方程為__________.
4.(2020·課標(biāo)全國(guó)高考,理23)已
2、知曲線C1的參數(shù)方程是(φ為參數(shù)),以坐標(biāo)原點(diǎn)為極點(diǎn),x軸的正半軸為極軸建立極坐標(biāo)系,曲線C2的極坐標(biāo)方程是ρ=2.正方形ABCD的頂點(diǎn)都在C2上,且A,B,C,D依逆時(shí)針次序排列,點(diǎn)A的極坐標(biāo)為.
(1)求點(diǎn)A,B,C,D的直角坐標(biāo);
(2)設(shè)P為C1上任意一點(diǎn),求|PA|2+|PB|2+|PC|2+|PD|2的取值范圍.
5.(2020·遼寧高考,文23)在直角坐標(biāo)系xOy中,圓C1:x2+y2=4,圓C2:(x-2)2+y2=4.
(1)在以O(shè)為極點(diǎn),x軸正半軸為極軸的極坐標(biāo)系中,分別寫出圓C1,C2的極坐標(biāo)方程,并求出圓C1,C2的交點(diǎn)坐標(biāo)(用極坐標(biāo)表示);
(2)求圓C1與
3、C2的公共弦的參數(shù)方程.
考向分析
從近幾年的高考情況看,該部分主要有三個(gè)考點(diǎn):一是平面坐標(biāo)系的伸縮變換;二是極坐標(biāo)方程與直角坐標(biāo)方程的互化;三是極坐標(biāo)方程與參數(shù)方程的綜合應(yīng)用.對(duì)于平面坐標(biāo)系的伸縮變換,主要是以平面直角坐標(biāo)系和極坐標(biāo)系為平臺(tái),考查伸縮變換公式的應(yīng)用,試題設(shè)計(jì)大都是運(yùn)用坐標(biāo)法研究點(diǎn)的位置或研究幾何圖形的形狀.對(duì)于極坐標(biāo)方程與直角坐標(biāo)方程的互化,是高考的重點(diǎn)和熱點(diǎn),涉及到直線與圓的極坐標(biāo)方程,從點(diǎn)與直線、直線與圓的位置關(guān)系等不同角度考查,研究求距離、最值、軌跡等常規(guī)問(wèn)題.極坐標(biāo)方程與參數(shù)方程的綜合應(yīng)用,主要是以直線、圓和圓錐曲線的參數(shù)方程為背景,轉(zhuǎn)化為普通方程,從而進(jìn)一步判斷
4、位置關(guān)系或進(jìn)行有關(guān)距離、最值的運(yùn)算.
預(yù)計(jì)2020年高考中,本部分內(nèi)容主要考查極坐標(biāo)方程與直角坐標(biāo)方程的互化、參數(shù)方程與普通方程的互化,考查簡(jiǎn)單曲線的極坐標(biāo)方程和參數(shù)方程,試題多以填空題、解答題的形式呈現(xiàn),屬于中檔題.
熱點(diǎn)例析
熱點(diǎn)一 平面坐標(biāo)系的伸縮變換
【例1】在同一平面直角坐標(biāo)系中,將直線x-2y=2變成直線2x′-y′=4,求滿足圖象變換的伸縮變換.
規(guī)律方法 1.平面坐標(biāo)系的伸縮變換對(duì)圖形的變化起到了一個(gè)壓縮或拉伸的作用,如三角函數(shù)圖象周期的變化.
2.設(shè)點(diǎn)P(x,y)是平面直角坐標(biāo)系中的任意一點(diǎn),在變換φ:的作用下,點(diǎn)P(x,y)對(duì)應(yīng)到點(diǎn)P′(x′,y′),稱φ
5、為平面直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)伸縮變換,簡(jiǎn)稱伸縮變換.
變式訓(xùn)練1 在同一平面直角坐標(biāo)系中,經(jīng)過(guò)伸縮變換后,曲線C變?yōu)榍€2x′2+8y′2=1,則曲線C的方程為( ).
A.50x2+72y2=1 B.9x2+100y2=1
C.25x2+36y2=1 D.x2+y2=1
熱點(diǎn)二 極坐標(biāo)方程與直角坐標(biāo)方程的互化
【例2】在極坐標(biāo)系中,已知圓ρ=2cos θ與直線3ρcos θ+4ρsin θ+a=0相切,求實(shí)數(shù)a的值.
規(guī)律方法 1.直角坐標(biāo)和極坐標(biāo)的互化
把直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)作為極點(diǎn),x軸的正半軸作為極軸,并在兩坐標(biāo)系中取相同的長(zhǎng)度單位,設(shè)M是平面內(nèi)任意一點(diǎn),它的
6、直角坐標(biāo)是(x,y),極坐標(biāo)是(ρ,θ),則
x=ρcos θ,y=ρsin θ且ρ2=x2+y2,tan θ=(x≠0).
這就是直角坐標(biāo)和極坐標(biāo)的互化公式.
2.曲線的極坐標(biāo)方程的概念:在極坐標(biāo)系中,如果平面曲線C上任意一點(diǎn)的極坐標(biāo)至少有一個(gè)滿足方程f(ρ,θ)=0,并且坐標(biāo)適合f(ρ,θ)=0的點(diǎn)都在曲線C上,那么方程f(ρ,θ)=0就叫做曲線C的極坐標(biāo)方程.
變式訓(xùn)練2 圓O1和圓O2的極坐標(biāo)方程分別為ρ=4cos θ,ρ=-sin θ.
(1)把圓O1和圓O2的極坐標(biāo)方程化為直角坐標(biāo)方程;
(2)求經(jīng)過(guò)圓O1,圓O2兩個(gè)交點(diǎn)的直線的直角坐標(biāo)方程.
熱點(diǎn)三 參數(shù)方程與普通
7、方程的互化
【例3】把下列參數(shù)方程化為普通方程:
(1)
(2)
規(guī)律方法 1.參數(shù)方程部分,重點(diǎn)還是參數(shù)方程與普通方程的互化,主要是將參數(shù)方程消去參數(shù)化為普通方程.
2.參數(shù)方程與普通方程的互化:參數(shù)方程化為普通方程的過(guò)程就是消參過(guò)程,常見方法有三種:
①代入法:利用解方程的技巧求出參數(shù)t,然后代入消去參數(shù);
②三角法:利用三角恒等式消去參數(shù);
③整體消元法:根據(jù)參數(shù)方程本身的結(jié)構(gòu)特征,從整體上消去參數(shù).
化參數(shù)方程為普通方程F(x,y)=0:在消參過(guò)程中注意變量x,y取值范圍的一致性,必須根據(jù)參數(shù)的取值范圍,確定f(t)和g(t)的值域即x,y的取值范圍.
變式訓(xùn)練3
8、 把下列參數(shù)方程化為普通方程,并說(shuō)明它們各表示什么曲線:
(1)(t為參數(shù));
(2)(θ為參數(shù)).
熱點(diǎn)四 極坐標(biāo)方程與參數(shù)方程的綜合應(yīng)用
【例4】在平面直角坐標(biāo)系xOy中,已知曲線C的參數(shù)方程為(α為參數(shù)).以直角坐標(biāo)系原點(diǎn)O為極點(diǎn),x軸的正半軸為極軸建立極坐標(biāo)系,直線l的極坐標(biāo)方程為ρcos=2.點(diǎn)P為曲線C上的動(dòng)點(diǎn),求點(diǎn)P到直線l距離的最大值.
規(guī)律方法 如果直接由曲線的極坐標(biāo)方程看不出曲線是什么圖形,往往先將曲線的極坐標(biāo)方程化為相應(yīng)的直角坐標(biāo)方程,再通過(guò)直角坐標(biāo)方程判斷出曲線是什么圖形.
變式訓(xùn)練4 在直角坐標(biāo)系xOy中,直線l的方程為x-y+4=0,曲線C的參數(shù)方
9、程為(α為參數(shù)).
(1)已知在極坐標(biāo)系(與直角坐標(biāo)系xOy取相同的長(zhǎng)度單位,且以原點(diǎn)O為極點(diǎn),以x軸正半軸為極軸)中,點(diǎn)P的極坐標(biāo)為,判斷點(diǎn)P與直線l的位置關(guān)系;
(2)設(shè)點(diǎn)Q是曲線C上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),求它到直線l的距離的最小值.
1.(2020·廣東江門調(diào)研,文15)已知在極坐標(biāo)系下,點(diǎn)A,B,O是極點(diǎn),則△AOB的面積等于__________.
2.設(shè)直線的參數(shù)方程為(t為參數(shù)),則其斜截式方程為__________.
3.(2020·廣東梅州中學(xué)三模,15)在極坐標(biāo)系中,若過(guò)點(diǎn)A(3,0)且與極軸垂直的直線交曲線ρ=4cos θ于A,B兩點(diǎn),則|AB|=__________.
10、
4.(2020·北京豐臺(tái)三月模擬,11)在平面直角坐標(biāo)系xOy中,直線l的參數(shù)方程是(t為參數(shù)).以O(shè)為極點(diǎn),x軸正方向?yàn)闃O軸的極坐標(biāo)系中,圓C的極坐標(biāo)方程是ρ2-4ρcos θ+3=0.則圓心到直線的距離是__________.
5.(2020·廣東肇慶二模,文14)在極坐標(biāo)系中,曲線ρ=2與cos θ+sin θ=0(0≤θ≤π)的交點(diǎn)的極坐標(biāo)為__________.
6.(2020·廣東深圳第二次調(diào)研,文15)在極坐標(biāo)系中,已知直線l:ρ(sin θ-cos θ)=a把曲線C:ρ=2cos θ所圍成的區(qū)域分成面積相等的兩部分,則常數(shù)a的值是__________.
7.(2020
11、·廣東茂名二模,文14)已知曲線C的參數(shù)方程為(θ為參數(shù)),則曲線C上的點(diǎn)到直線x+y+2=0的距離的最大值為__________.
參考答案
命題調(diào)研·明晰考向
真題試做
1. 解析:如圖所示,根據(jù)正弦定理,有=,∴ρ=.
2.(2,1) 解析:由C1得x2+y2=5①,且
由C2得x=1+y②,
∴由①②聯(lián)立得
3.ρ=2cos θ
4.解:(1)由已知可得A,
B,
C,
D,
即A(1,),B(-,1),C(-1,-),D(,-1).
(2)設(shè)P(2cos φ,3sin φ),令S=|PA|2+|PB|2+|PC|2+|PD|2,
則S=16cos2φ
12、+36sin2φ+16=32+20sin2φ.
因?yàn)?≤sin2φ≤1,所以S的取值范圍是[32,52].
5.解:(1)圓C1的極坐標(biāo)方程為ρ=2,
圓C2的極坐標(biāo)方程為ρ=4cos θ.
解得ρ=2,θ=±,
故圓C1與圓C2交點(diǎn)的坐標(biāo)為,.
注:極坐標(biāo)系下點(diǎn)的表示不唯一.
(2)方法一:由得圓C1與C2交點(diǎn)的直角坐標(biāo)分別為(1,),(1,-).
故圓C1與C2的公共弦的參數(shù)方程為-≤t≤.
(或參數(shù)方程寫成-≤y≤)
方法二:將x=1代入得ρcos θ=1,
從而ρ=.
于是圓C1與C2的公共弦的參數(shù)方程為-≤θ≤.
精要例析·聚焦熱點(diǎn)
熱點(diǎn)例析
【例1】
13、解:設(shè)變換為代入第二個(gè)方程,得2λx-μy=4與x-2y=2比較,將其變成2x-4y=4,比較系數(shù)得λ=1,μ=4.
∴伸縮變換公式為
即直線x-2y=2上所有點(diǎn)的橫坐標(biāo)不變,縱坐標(biāo)擴(kuò)大到原來(lái)的4倍可得到直線2x′-y′=4.
【變式訓(xùn)練1】 A 解析:將代入曲線方程2x′2+8y′2=1,得:2·(5x)2+8·(3y)2=1,即50x2+72y2=1.
【例2】 解:將極坐標(biāo)方程化為直角坐標(biāo)方程,得圓的方程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=1,
解得a=-8或a=2.即a的值為-
14、8或2.
【變式訓(xùn)練2】 解:(1)因?yàn)閳AO1和圓O2的極坐標(biāo)方程分別為
ρ=4cos θ,ρ=-sin θ,
又因?yàn)棣?=x2+y2,ρcos θ=x,ρsin θ=y(tǒng),
所以由ρ=4cos θ,ρ=-sin θ得,
ρ2=4ρcos θ,ρ2=-ρsin θ.
即x2+y2-4x=0,x2+y2+y=0.
所以圓O1和圓O2的直角坐標(biāo)方程分別為
x2+y2-4x=0,x2+y2+y=0.
(2)由(1)易得,經(jīng)過(guò)圓O1和圓O2兩個(gè)交點(diǎn)的直線的直角坐標(biāo)方程為4x+y=0.
【例3】 解:(1)由已知
由三角恒等式cos2θ+sin2θ=1,
可知(x-3)2+(y-2
15、)2=1,這就是它的普通方程.
(2)由已知,得t=2x-2,代入y=5+t中,
得y=5+(2x-2),
即x-y+5-=0就是它的普通方程.
【變式訓(xùn)練3】 解:(1)由x=1+t,得t=2x-2.
∴y=2+(2x-2).
∴x-y+2-=0,此方程表示直線.
(2)由得兩式平方相加得+=1,此方程表示橢圓.
【例4】 解:ρcos=2化簡(jiǎn)為ρcos θ+ρsin θ=4,則直線l的直角坐標(biāo)方程為x+y=4.
設(shè)點(diǎn)P的坐標(biāo)為(2cos α,sin α),得P到直線l的距離d=,
即d=,其中cos φ=,sin φ=.
當(dāng)sin(α+φ)=-1時(shí),dmax=2+.
16、
【變式訓(xùn)練4】解:(1)把極坐標(biāo)系中的點(diǎn)P化為直角坐標(biāo),得P(0,4).
因?yàn)辄c(diǎn)P的直角坐標(biāo)(0,4)滿足直線l的方程x-y+4=0,所以點(diǎn)P在直線l上.
(2)因?yàn)辄c(diǎn)Q在曲線C上,故可設(shè)點(diǎn)Q的坐標(biāo)為(cos α,sin α),
從而點(diǎn)Q到直線l的距離是
d==
=cos+2,
由此得,當(dāng)cos=-1時(shí),d取得最小值,且最小值為.
創(chuàng)新模擬·預(yù)測(cè)演練
1. 解析:∵∠AOB=-=.
∴S△AOB=·OA·OB·sin∠AOB=×1×3×sin=.
2.y=x+3-2
3.2
4.
5. 解析:方法一:由或(舍去),得.
方法二:由cos θ+sin θ=0tan θ=-1,
因?yàn)?≤θ≤π,所以θ=,故交點(diǎn)的極坐標(biāo)為.
6.-1 解析:直線l:ρ(sin θ-cos θ)=a,可化為直角坐標(biāo)方程y-x=a.
曲線C:ρ=2cos θ,可化為直角坐標(biāo)方程(x-1)2+y2=1.
因?yàn)閘把C的面積平分,所以l過(guò)圓C的圓心(1,0).
即得0-1=a,即a=-1.
7.+1 解析:曲線C化為普通方程為(x-1)2+y2=1.
因?yàn)閳AC到直線的最大距離是圓心到直線的距離加上半徑.
所以,dmax=+1=+1.