广东省高考数学(理科)二轮专题突破训练:专题八+系列4选讲(含高考真题,3份)专题八 第2讲
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第2讲 坐标系与参数方程
考情解读 高考主要考查平面直角坐标系中的伸缩变换、直线和圆的极坐标方程;参数方程与普通方程的互化,常见曲线的参数方程及参数方程的简单应用.以极坐标、参数方程与普通方程的互化为主要考查形式,同时考查直线与曲线位置关系等解析几何知识.
1.直角坐标与极坐标的互化
把直角坐标系的原点作为极点,x 轴正半轴作为极轴,且在两坐标系中取相同的长度单位.如图,设M 是平面内的任意一点,它的直角坐标、极坐标分别为(x ,y )和(ρ,θ),则 ⎩⎪⎨⎪
⎧
x =ρcos θy =ρsin θ,⎩⎪⎨⎪⎧
ρ2=x 2+y 2
tan θ=y x (x ≠0)
. 2.直线的极坐标方程
若直线过点M (ρ0,θ0),且极轴到此直线的角为α,则它的方程为ρsin(θ-α)=ρ0sin(θ0-α). 几个特殊位置的直线的极坐标方程 (1)直线过极点:θ=α;
(2)直线过点M (a,0)且垂直于极轴:ρcos θ=a ; (3)直线过点M (b ,π
2)且平行于极轴:ρsin θ=b .
3.圆的极坐标方程
若圆心为M (ρ0,θ0),半径为r 的圆的方程为
ρ2-2ρ0ρcos(θ-θ0)+ρ20-r 2
=0.
几个特殊位置的圆的极坐标方程 (1)当圆心位于极点,半径为r :ρ=r ; (2)当圆心位于M (r,0),半径为r :ρ=2r cos θ; (3)当圆心位于M (r ,π
2),半径为r :ρ=2r sin θ.
4.直线的参数方程
过定点M (x 0,y 0),倾斜角为α的直线l 的参数方程为⎩
⎪⎨⎪⎧
x =x 0+t cos α,
y =y 0+t sin α(t 为参数).
5.圆的参数方程
圆心在点M (x 0,y 0),半径为r 的圆的参数方程为⎩⎪⎨⎪⎧
x =x 0+r cos θ,
y =y 0
+r sin θ(θ为参数,0≤θ≤2π).
6.圆锥曲线的参数方程
(1)椭圆x 2a 2+y 2
b 2=1的参数方程为⎩
⎪⎨⎪⎧
x =a cos θ,y =b sin θ(θ为参数).
(2)抛物线y 2
=2px (p >0)的参数方程为⎩
⎪⎨⎪⎧
x =2pt 2
,y =2pt (t 为参数).
热点一 极坐标与直角坐标的互化
例1 在以O 为极点的极坐标系中,直线l 与曲线C 的极坐标方程分别是ρcos(θ+π
4)=32和
ρsin 2θ=8cos θ,直线l 与曲线C 交于点A 、B ,则线段AB 的长为________. 答案 16 2
解析 ∵ρcos(θ+π4)=ρcos θcos π4-ρsin θsin π
4
=
22ρcos θ-2
2
ρsin θ =32,
∴直线l 对应的直角坐标方程为x -y =6. 又∵ρsin 2θ=8cos θ, ∴ρ2sin 2θ=8ρcos θ.
∴曲线C 对应的直角坐标方程是y 2=8x .
解方程组⎩⎪⎨⎪⎧
x -y =6y 2=8x ,
得⎩⎪⎨⎪⎧ x =2y =-4或⎩⎪⎨⎪⎧
x =18
y =12
, 所以A (2,-4),B (18,12), 所以AB =
(18-2)2+[12-(-4)]2=16 2.
即线段AB 的长为16 2.
思维升华 (1)在由点的直角坐标化为极坐标时,一定要注意点所在的象限和极角的范围,否则点的极坐标将不唯一.
(2)在与曲线的方程进行互化时,一定要注意变量的范围,要注意转化的等价性.
(1)在极坐标系(ρ,θ)(0≤θ<2π)中,曲线ρ=2sin θ与ρcos θ=-1的交点的极坐标为________. (2)在极坐标系中,曲线C 1:ρ(2cos θ+sin θ)=1与曲线C 2:ρ=a (a >0)的一个交点在极轴上,则a =________.
答案 (1)(2,3π4)(填(-2,7π4)亦可) (2)22
解析 (1)ρ=2sin θ代入ρcos θ=-1可得2sin θcos θ=-1,即2θ=3π2或2θ=7π
2,解得
⎩⎪⎨⎪⎧ θ=3π4,ρ=2或⎩⎪⎨⎪⎧
θ=7π4,
ρ=- 2.
又(2,3π4)与(-2,7π
4)为同一点,故二者可以任填一个.
(2)ρ(2cos θ+sin θ)=1,
即2ρcos θ+ρsin θ=1对应的普通方程为2x +y -1=0, ρ=a (a >0)对应的普通方程为x 2+y 2=a 2. 在2x +y -1=0中,令y =0,得x =2
2
. 将⎝⎛
⎭
⎫22,0代入x 2+y 2=a 2
得a =22. 热点二 参数方程与普通方程的互化
例2 已知直线l 的参数方程为⎩
⎪⎨⎪⎧
x =4-2t ,y =t -2(t 为参数),P 是椭圆x 24+y 2
=1上的任意一点,
则点P 到直线l 的距离的最大值为________. 答案
210
5
解析 由于直线l 的参数方程为⎩
⎪⎨⎪⎧
x =4-2t ,
y =t -2(t 为参数),
故直线l 的普通方程为x +2y =0. 因为P 为椭圆x 24+y 2
=1上的任意一点,
故可设P (2cos θ,sin θ),其中θ∈R .
因此点P 到直线l 的距离是d =|2cos θ+2sin θ|
12+2
2
=22⎪⎪⎪
⎪sin ⎝⎛⎭⎫θ+π45
.
所以当θ=k π+π4,k ∈Z 时,d 取得最大值210
5
.
思维升华 参数方程化为普通方程,主要用“消元法”消参,常用代入法、加减消元法、利用三角恒等式消元等.在参数方程化为普通方程时,要注意保持同解变形.
(2013·广东)已知曲线C 的参数方程为⎩⎨⎧
x =2cos t
y =2sin t
(t 为参数),C 在点(1,1)处的切线为l ,以
坐标原点为极点,x 轴的正半轴为极轴建立极坐标系,则l 的极坐标方程为________. 答案 ρcos θ+ρsin θ-2=0
解析 由⎩
⎪⎨⎪⎧
x =2cos t
y =2sin t (t 为参数),得曲线C 的普通方程为x 2+y 2=2.则在点(1,1)处的切线l
的方程为y -1=-(x -1),即x +y -2=0.又x =ρcos θ,y =ρsin θ,∴l 的极坐标方程为ρcos θ+ρsin θ-2=0.
热点三 极坐标与参数方程的综合应用
例3 在直角坐标系xOy 中,曲线C 1的参数方程为⎩⎪⎨⎪⎧
x =2cos α,
y =2+2sin α
(α为参数).
M 是C 1上的动点,P 点满足OP →=2OM →
,点P 的轨迹为曲线C 2. (1)C 2的参数方程为________;
(2)在以O 为极点,x 轴的正半轴为极轴的极坐标系中,射线θ=π
3与C 1的异于极点的交点为A ,
与C 2的异于极点的交点为B ,则|AB |=________.
答案 (1)⎩
⎪⎨⎪⎧
x =4cos α,
y =4+4sin α(α为参数) (2)2 3
解析 (1)设P (x ,y ),则由条件知M ⎝⎛⎭⎫
x 2,y 2.由于M 点在C 1上,
所以⎩⎨⎧
x
2
=2cos α,y
2=2+2sin α,
即⎩
⎪⎨⎪⎧
x =4cos α,y =4+4sin α.
从而C 2的参数方程为⎩
⎪⎨⎪⎧
x =4cos α,
y =4+4sin α.(α为参数)
(2)曲线C 1的极坐标方程为ρ=4sin θ,曲线C 2的极坐标方程为ρ=8sin θ. 射线θ=π3与C 1的交点A 的极径为ρ1=4sin π
3,
射线θ=π3与C 2的交点B 的极径为ρ2=8sin π
3.
所以|AB |=|ρ2-ρ1|=2 3.
思维升华 (1)曲线参数方程有很多优点:
①曲线上任一点坐标都可用一个参数表示,变元只有一个.特别对于圆、椭圆、双曲线有很大用处.
②很多参数都有实际意义,解决问题更方便.比如:
直线参数方程⎩⎪⎨⎪⎧
x =x 0+t cos α
y =y 0+t sin α
(α为倾斜角,t 为参数),其中|t |=|PM |,P (x ,y )为动点,M (x 0,
y 0)为定点.
(2)求两点间距离时,用极坐标也比较方便,这两点与原点共线时,距离为|ρ1-ρ2|,这两点与原点不共线时,用余弦定理求解.无论哪种情形,用数形结合的方法易得解题思路.
(1)(2013·湖北)在直角坐标系xOy 中,椭圆C 的参数方程为⎩
⎪⎨⎪
⎧
x =a cos φy =b sin φ(φ为参数,a >b >0),
在极坐标系(与直角坐标系xOy 取相同的长度单位,且以原点O 为极点,以x 轴正半轴为极轴)中,直线l 与圆O 的极坐标方程分别为ρsin(θ+π4)=2
2m (m 为非零常数)与ρ=b .若直线l
经过椭圆C 的焦点,且与圆O 相切,则椭圆C 的离心率为________. 答案
6
3
解析 椭圆C 的标准方程为x 2a 2+y 2
b 2=1,直线l 的标准方程为x +y =m ,圆O 的方程为x 2+y 2
=b 2,
由题意知⎩
⎨
⎧
|m |2
=b a 2-b 2=|m |
,
∴a 2-b 2=2b 2,a 2=3b 2, ∴e =
c 2a 2
=3b 2-b 2
3b 2
=23=63
. (2)在平面直角坐标系xOy 中,以原点O 为极点,x 轴为极轴建立极坐标系,曲线C 1的参数
方程为⎩⎨⎧
x =1
tan φ,y =1
tan 2
φ
(φ为参数),曲线C 2的极坐标方程为ρ(cos θ+sin θ)=1,若曲线C 1与
C 2相交于A 、B 两点. ①|AB |的值为________;
②点M (-1,2)到A 、B 两点的距离之积为________. 答案 ①10 ②2
解析 ①由曲线C 1的参数方程可得曲线C 1的普通方程为y =x 2(x ≠0),
由曲线C 2的极坐标方程可得曲线C 2的直角坐标方程为x +y -1=0,则曲线C 2的参数方程为
⎩⎨⎧
x =-1-22t ,
y =2+22
t (t 为参数),将其代入曲线C 1的普通方程得t 2+2t -2=0,
设A 、B 两点对应的参数分别为t 1、t 2, 则t 1+t 2=-2,t 1t 2=-2, 所以|AB |=|t 1-t 2| =
(t 1+t 2)2-4t 1t 2=10.
②由①可得|MA |·|MB |=|t 1t 2|=2.
1.主要题型有极坐标方程、参数方程和普通方程的互化,在极坐标方程或参数方程背景下的直线与圆的相关问题. 2.规律方法
方程解决直线、圆和圆锥曲线的有关问题,将极坐标方程化为直角坐标方程或将参数方程化为普通方程,有助于对方程所表示的曲线的认识,从而达到化陌生为熟悉的
目的,这是化归与转化思想的应用.在涉及圆、椭圆的有关最值问题时,若能将动点的坐标用参数表示出来,借助相应的参数方程,可以有效地简化运算,从而提高解题的速度. 3.极坐标方程与普通方程互化核心公式
⎩⎪⎨⎪⎧
x =ρcos θ
y =ρsin θ,⎩
⎪⎨⎪⎧
ρ2=x 2+y 2
tan θ=y x (x ≠0). 4.过点A (ρ0,θ0) 倾斜角为α的直线方程为ρ=ρ0sin (θ0-α)sin (θ-α).特别地,①过点A (a,0),垂直于
极轴的直线l 的极坐标方程为ρcos θ=a .②平行于极轴且过点A (b ,π
2)的直线l 的极坐标方程
为ρsin θ=b .
5.圆心在点A (ρ0,θ0),半径为r 的圆的方程为r 2=ρ2+ρ20-2ρρ0cos(θ-θ0).
6.重点掌握直线的参数方程⎩⎪⎨⎪⎧
x =x 0+t cos θy =y 0
+t sin θ(t 为参数),理解参数t 的几何意义.
真题感悟
1.(2014·陕西)在极坐标系中,点(2,π6)到直线ρsin(θ-π
6)=1的距离是________.
答案 1
解析 点(2,π6)化为直角坐标为(3,1),直线ρsin(θ-π6)=1化为ρ(32sin θ-1
2cos θ)=1,
32y -12x =1,12x -32y +1=0,点(3,1)到直线12x -3
2
y +1=0的距离为⎪⎪⎪
⎪
12×3-32×1+1(12)2+(-32
)2=1.
2.(2014·江苏)在平面直角坐标系xOy 中,已知直线l 的参数方程为⎩⎨
⎧
x =1-22t ,
y =2+2
2
t (t 为参
数),直线l 与抛物线y 2=4x 相交于A ,B 两点,线段AB 的长为________. 答案 8 2
解析 将直线l 的参数方程⎩⎨
⎧
x =1-22t ,
y =2+2
2
t
代入抛物线方程y 2=4x ,
得⎝
⎛⎭⎫2+
22t 2=4⎝
⎛⎭⎫1-22t , 解得t 1=0,t 2=-8 2. 所以AB =|t 1-t 2|=8 2. 押题精练
1.在直角坐标系中圆C 的参数方程为⎩
⎪⎨⎪⎧
x =2cos α
y =2+2sin α (α为参数),若以原点O 为极点,以x
轴正半轴为极轴建立极坐标系,则圆C 的极坐标方程为__________. 答案 ρ=4sin θ
解析 由参数方程消去α得圆C 的方程为x 2+(y -2)2=4,将x =ρcos θ,y =ρsin θ, 代入得(ρcos θ)2+(ρsin θ-2)2=4,整理得ρ=4sin θ.
2.已知极坐标系的极点在平面直角坐标系的原点O 处,极轴与x 轴的正半轴重合,且长度单位相同.直线l 的极坐标方程为ρ=
92sin ⎝⎛⎭
⎫θ+π
4,点P (1+cos α,sin α),参数α∈[0,2π).
(1)点P 轨迹的直角坐标方程为________; (2)点P 到直线l 距离的最小值为________. 答案 (1)(x -1)2+y 2=1 (2)42-1
解析 (1)由⎩⎪⎨⎪⎧
x =1+cos α,
y =sin α,
得点P 的轨迹方程(x -1)2+y 2=1. (2)由ρ=
9
2sin ⎝⎛⎭⎫θ+π4,得ρ=9
sin θ+cos θ, ∴ρsin θ+ρcos θ=9.
∴曲线C 的直角坐标方程为x +y =9.
圆(x -1)2+y 2=1的圆心(1,0)到直线x +y =9的距离为42, 所以|PQ |min =
42-1.
(推荐时间:40分钟)
1.(2014·安徽改编)以平面直角坐标系的原点为极点,x 轴的正半轴为极轴,建立极坐标系,
两种坐标系中取相同的长度单位.已知直线l 的参数方程是⎩
⎪⎨⎪⎧
x =t +1,y =t -3(t 为参数),圆C 的
极坐标方程是ρ=4cos θ,则直线l 被圆C 截得的弦长为________. 答案 2 2
解析 直线l 的参数方程⎩
⎪⎨⎪⎧
x =t +1,
y =t -3(t 为参数)化为直角坐标方程是y =x -4,圆C 的极坐
标方程ρ=4cos θ化为直角坐标方程是x 2+y 2-4x =0.圆C 的圆心(2,0)到直线x -y -4=0的距离为d =
2
2
= 2.又圆C 的半径r =2,因此直线l 被圆C 截得的弦长为2r 2-d 2=2 2.
2.圆心为C (3,π
6),半径为3的圆的极坐标方程为________.
答案 ρ=6cos(θ-π
6
)
解析 设极点为O ,M (ρ,θ)为圆上任意一点,过OC 的直线与圆交于另一点O ′,直角三角形OMO ′中,ρ=6cos|θ-π6|,即ρ=6cos(θ-π
6).
3.已知点M 的极坐标为(6,11π
6
),则点M 关于y 轴对称的点的直角坐标为________. 答案 (-33,-3)
解析 点M 的直角坐标为x =ρcos θ=6cos
116π=33,y =ρsin θ=6sin 11
6
π=-3. 即M (33,-3),所以它关于y 轴对称的点为(-33,-3).
4.直线ρcos θ=2关于直线θ=π
4对称的直线的极坐标方程为________.
答案 ρsin θ=2
解析 直线ρcos θ=2的直角坐标方程为x =2, 直线θ=π
4的直角坐标方程为y =x ,
所以所求的直线方程为y =2. 其极坐标方程为ρsin θ=2.
5.若直线的参数方程为⎩
⎨⎧
x =1+3t ,
y =2-3t (t 为参数),则直线的倾斜角为________.
答案 150°
解析 由直线的参数方程知,斜率k =y -2x -1=-3t 3t =-3
3=tan θ,θ为直线的倾斜角,所以
该直线的倾斜角为150°.
6.将参数方程⎩
⎪⎨⎪⎧
x =3t 2
+2,
y =t 2
-1(0≤t ≤5)化为普通方程为________________. 答案 x -3y -5=0,x ∈[2,77]
解析 化为普通方程为x =3(y +1)+2, 即x -3y -5=0, 由于x =3t 2+2∈[2,77], 故曲线为线段.
7.(2012·陕西)直线2ρcos θ=1与圆ρ=2cos θ相交的弦长为________. 答案
3
解析 直线2ρcos θ=1可化为2x =1,即x =1
2;
圆ρ=2cos θ两边同乘ρ得ρ2=2ρcos θ, 化为直角坐标方程是x 2+y 2=2x .
将x =12代入x 2+y 2=2x 得y 2=34,∴y =±32.
∴弦长为2×
3
2
= 3. 8.已知曲线C :⎩⎪⎨⎪⎧
x =cos θ,y =2sin θ
(参数θ∈R )经过点(m ,1
2),则m =________.
答案 ±
15
4
解析 将曲线C :⎩
⎪⎨⎪⎧
x =cos θ,y =2sin θ(参数θ∈R )化为普通方程为x 2
+y 24=1,将点(m ,12
)代入该椭
圆方程,得m 2+144=1,即m 2=1516,所以m =±15
4
.
9.(2013·重庆)在直角坐标系xOy 中,以原点O 为极点,x 轴的正半轴为极轴建立极坐标系.若
极坐标方程为ρcos θ=4的直线与曲线⎩
⎪⎨⎪⎧
x =t 2
,
y =t 3
(t 为参数)相交于A ,B 两点,则|AB |=________. 答案 16
解析 将极坐标方程ρcos θ=4化为直角坐标方程得x =4,将x =4代入⎩⎪⎨⎪⎧
x =t 2,y =t 3得t =±2,从而y =±8.所以A (4,8),B (4,-8).所以|AB |=|8-(-8)|=16.
10.(2012·天津)已知抛物线的参数方程为⎩⎪⎨⎪⎧
x =2pt 2,y =2pt (t 为参数),其中p >0,焦点为F ,准线为l .过抛物线上一点M 作l 的垂线,垂足为E .若|EF |=|MF |,点M 的横坐标是3,则p =________. 答案 2
解析 根据抛物线的参数方程可知抛物线的标准方程是y 2=2px ,
所以y 2M =6p ,所以E ⎝⎛⎭⎫-p 2,±6p ,F ⎝⎛⎭
⎫p 2,0, 所以p 2+3=p 2+6p ,
所以p 2+4p -12=0,解得p =2(负值舍去).
11.已知曲线C :⎩⎪⎨⎪⎧ x =2cos θ,y =2sin θ(θ为参数)和直线l :⎩⎪⎨⎪⎧
x =t ,y =t +b (t 为参数,b 为实数),若曲线C 上恰有3个点到直线l 的距离等于1,则b =________.
答案 ±2
解析 将曲线C 和直线l 的参数方程分别化为普通方程为x 2+y 2=4和y =x +b ,依题意,若要使圆上有3个点到直线l 的距离为1,只要满足圆心到直线的距离为1即可,得到
|b |2
=1,解得b =±2.
12.已知曲线C 1的极坐标方程为ρ=4sin θ,曲线C 2的极坐标方程为θ=π6
(ρ∈R ),曲线C 1,C 2相交于点M ,N ,则线段MN 的长为________.
答案 2
解析 由ρ=4sin θ,得ρ2=4ρsin θ,
即曲线C 1的直角坐标方程为x 2+y 2-4y =0,
由θ=π6(ρ∈R )得,曲线C 2的直角坐标方程为y =33x . 把y =33x 代入x 2+y 2-4y =0, 得x 2+13x 2-433x =0,即43x 2-433
x =0,
解得x 1=0,x 2=3,
∴y 1=0,y 2=1.
∴|MN |=(3)2+1=2.
即线段MN 的长为2.
13.在极坐标系中,直线ρsin ⎝⎛⎭⎫θ-π4=22
与圆ρ=2cos θ的位置关系是________. 答案 相离
解析 直线的直角坐标方程为x -y +1=0,圆的直角坐标方程为(x -1)2+y 2=1,圆心为C (1,0),半径为r =1,圆心到直线的距离d =22
=2>1.故直线与圆相离. 14.已知极坐标系中,极点为O ,将点A ⎝⎛⎭⎫4,π6绕极点逆时针旋转π4
得到点B ,且OA =OB ,则点B 的直角坐标为______________.
答案 (6-2,6+2)
解析 依题意,点B 的极坐标为⎝⎛⎭⎫4,5π12, ∵cos 5π12
=cos ⎝⎛⎭⎫π4+π6 =cos π4cos π6-sin π4sin π6
=22×32-22×12=6-24
, sin 5π12
=sin ⎝⎛⎭⎫π4+π6 =sin π4cos π6+cos π4sin π6
=22×32+22×12=6+24
, ∴x =ρcos θ=4×6-24
=6-2, y =ρsin θ=4×6+24
=6+ 2. 15.(2013·辽宁改编)在直角坐标系xOy 中,以O 为极点,x 轴正半轴为极轴建立极坐标系.圆
C 1,直线C 2的极坐标方程分别为ρ=4sin θ,ρcos ⎝⎛⎭
⎫θ-π4=2 2.
(1)C 1与C 2交点的极坐标为________;
(2)设P 为C 1的圆心,Q 为C 1与C 2交点连线的中点.已知直线PQ 的参数方程为⎩⎪⎨⎪⎧ x =t 3+a ,y =b 2t 3+1
(t ∈R 为参数),则a ,b 的值分别为________.
答案 (1)⎝⎛⎭⎫4,π2,⎝
⎛⎭⎫22,π4 (2)-1,2 解析 (1)圆C 1的直角坐标方程为x 2+(y -2)2=4, 直线C 2的直角坐标方程为x +y -4=0.
解⎩⎪⎨⎪⎧ x 2+(y -2)2=4,x +y -4=0,得⎩⎪⎨⎪⎧ x 1=0,y 1=4,⎩⎪⎨⎪⎧
x 2=2,y 2=2. 所以C 1与C 2交点的极坐标为⎝⎛⎭⎫4,π2,⎝
⎛⎭⎫22,π4, 注:极坐标系下点的表示不唯一.
(2)由(1)可得,P 点与Q 点的直角坐标分别为(0,2),(1,3). 故直线PQ 的直角坐标方程为x -y +2=0,
由参数方程可得y =b 2x -ab 2
+1, 所以⎩⎨⎧ b 2=1,-ab 2+1=2,
解得a =-1,b =2.。