微专题 极坐标方程的应用
极坐标方程的应用教学设计
极坐标方程的应用教学设计引言极坐标方程是数学中重要的一种坐标系统,通过描述一个点的极径和极角,能够简洁地表示平面上的各种几何图形。
掌握极坐标方程的应用,可以帮助学生更好地理解数学概念,提高解决实际问题的能力。
本文将介绍一种应用极坐标方程进行教学的设计,旨在帮助学生深入理解极坐标方程的概念与应用。
一、教学目标通过本节课的学习,学生应能够:1. 掌握极坐标方程的定义和基本概念;2. 理解极坐标方程的应用场景,并能够在实际问题中运用;3. 培养学生的分析问题和解决问题的能力。
二、教学内容1. 极坐标方程的定义和基本概念a. 极坐标系的建立与说明b. 极坐标方程的表示方式和含义c. 极径和极角的物理意义和测量方法2. 极坐标方程的应用a. 极坐标方程在几何图形的描述中的应用b. 极坐标方程在物理问题中的应用c. 极坐标方程在工程问题中的应用三、教学过程1. 导入a. 引入极坐标方程的概念和背景,激发学生的兴趣和思考;b. 提出一个具体的实际问题,引出极坐标方程的应用场景。
2. 介绍极坐标方程的定义和基本概念a. 通过示意图和实例,解释极坐标系的建立和表示方式;b. 介绍极径和极角的物理意义和测量方法。
3. 展示极坐标方程的应用场景和方法a. 通过几何图形的描述,展示极坐标方程在圆、线、椭圆等图形中的应用;b. 通过物理问题的实例,展示极坐标方程在力的合成、天体运动等问题中的应用;c. 通过工程问题的案例,展示极坐标方程在机械设计、雷达定位等问题中的应用。
4. 练习与讨论a. 给学生提供一些简单的练习题,让学生用极坐标方程解答;b. 引导学生分析和讨论练习题的解题过程和方法;c. 提供一些拓展问题,让学生运用极坐标方程解决更复杂的问题。
5. 总结复习a. 对本节课的内容进行系统性的总结,并梳理关键知识点;b. 提醒学生进行自主学习,进一步强化对极坐标方程的理解和应用。
四、教学评估通过以下方式对学生进行评估:1. 教师观察和记录学生在课堂上的参与和表现;2. 练习题和问题解答的成绩;3. 学生的课后总结和思考。
极坐标系的性质与极坐标方程的应用
极坐标系的性质与极坐标方程的应用极坐标系是一种描述平面上点位置的坐标系统,它使用极径和极角来唯一确定一个点的位置。
极坐标系具有一些与直角坐标系不同的性质,同时,极坐标方程也有着广泛的应用。
本文将探讨极坐标系的性质以及极坐标方程在不同领域的应用。
一、极坐标系的性质在极坐标系中,一个点的位置可以由极径和极角来确定。
极径表示该点到原点的距离,而极角表示该点与极轴的夹角。
极坐标系的性质如下:1. 原点:极坐标系的原点即为极坐标的起点,表示为O。
2. 极轴:极轴是极坐标系中的一条直线,通过原点O,并与x轴方向相同。
极轴的角度为0或360度。
3. 极径:极径表示一个点到原点O的距离,通常用r表示。
极径的取值范围可以是非负实数,即r≥0。
4. 极角:极角表示一个点与极轴的夹角,通常用θ(读作西塔)表示。
极角的取值范围可以是[0, 2π) 或[0, 360°)。
5. 制正:在极坐标系中,负极径和负极角并不常见。
一般来说,极径为负表示该点位于极轴的反方向,而极径为正表示该点位于极轴方向。
极角为负表示该点位于极轴的逆时针方向,而极角为正表示该点位于极轴的顺时针方向。
二、极坐标方程的应用极坐标方程是一种通过极坐标表示点的坐标的方程形式。
极坐标方程在各个领域有着广泛的应用,以下将介绍几种常见的应用。
1. 极坐标方程与图形绘制:极坐标方程可以描述各种图形的形状,例如圆、椭圆、双曲线等。
通过调整极坐标方程中的参数,可以绘制出不同形态的图形,实现对图形的变换和调整。
2. 极坐标方程与物体运动:在物体运动的描述中,极坐标方程可以提供更直观的表达方式。
例如,在天文学中,行星绕太阳运动的轨迹可以使用极坐标方程来描述。
3. 极坐标方程与工程设计:在工程设计中,极坐标方程可以用来描述物体的形状和运动规律。
例如,在风力发电机的设计中,可以使用极坐标方程来描述风轮的叶片形状,以实现最大的能量转化效率。
4. 极坐标方程与电磁场分布:在电磁学和电路设计中,极坐标方程可以用来描述电场和磁场的分布情况。
极坐标系的极坐标方程的社会和人文科学应用
极坐标系的极坐标方程的社会和人文科学应用极坐标系的极坐标方程是指考虑平面直角坐标系中的曲线在以原点为中心的极坐标系中的表示方式。
在极坐标系中,一个点用极径r和极角θ表示,而不再使用平面直角坐标系的x和y的值。
极坐标方程在数学、工程学、物理学以及社会和人文科学中都有着广泛的应用。
以下将以几个例子来说明极坐标系统在社会和人文科学中的应用。
1. 极坐标系中的心理学应用在心理学研究中,极坐标系和极坐标方程可以用来描述某人行为的变化,比如思考和情感状态。
心理学家可以观察和记录一个人在不同时间点的心理状态,然后使用极坐标方程来表示这些数值。
通过连接这些极坐标方程,心理学家可以得到一个描述心理状态变化的曲线,这有助于研究人类行为和心理状态的变化规律。
2. 极坐标系中的经济学应用在经济学中,极坐标方程可以用来描述国家或组织的经济增长和衰退。
经济学家可以通过观察和分析经济数据,比如国家的GDP和就业率等,然后使用极坐标方程来表示这些数据。
通过连接这些极坐标方程,经济学家可以得到一个描述国家的经济变化的曲线。
这有助于经济学家研究和预测一个国家的经济发展趋势,并制定相应的经济政策。
3. 极坐标系中的城市规划和建筑设计应用在城市规划和建筑设计中,极坐标系和极坐标方程可以用来描述城市和建筑物的形状。
建筑师和城市规划师可以使用极坐标系来设计建筑和城市的形状。
他们可以通过极坐标方程来描述和控制建筑物和城市的大小、形状以及方向等。
这有助于建筑师和城市规划师更好地理解和控制城市和建筑物的形状和方向。
4. 极坐标系中的社会科学应用在社会科学中,极坐标方程可以用来描述社会现象和人文特征。
比如,人类的呼吸和心跳都可以使用极坐标方程来描述。
通过观察和记录人类的呼吸和心跳,社会科学家可以使用极坐标方程来表示这些数值。
通过连接这些极坐标方程,社会科学家可以得到一个描述人类呼吸和心跳变化的曲线。
这有助于社会科学家更好地研究人类身体和生理特征。
极坐标的引入与应用
极坐标的引入与应用极坐标是描述平面上点的一种坐标系统,它将点的位置与距离和角度相关联。
相比于笛卡尔坐标系,极坐标更适用于描述圆形或对称结构的点。
本文将介绍极坐标的基本概念、引入背景以及其在不同领域的应用。
一、极坐标的基本概念极坐标系统中,一个点的坐标由两个值确定:极径(r)和极角(θ)。
极径表示点到原点的距离,极角表示点与参考方向的夹角。
极径通常为非负数,而极角则可以大于360度或小于0度。
二、极坐标的引入背景极坐标最早的记载可追溯到公元前3世纪的希腊数学家阿基米德。
他用极坐标描述了圆的面积和弧长,并研究了螺旋线等曲线。
随后,极坐标开始广泛应用于天文学、物理学等领域。
在欧拉18世纪的工作中,极坐标得到了更为系统和完善的理论阐述,进一步加深了人们对极坐标的认识。
三、极坐标在数学中的应用1. 曲线方程的表示:极坐标可以简化描述和计算对称图形的方程。
常见的极坐标方程包括圆的方程(r=a)、直线的方程(θ=b)以及常见曲线如阿基米德螺旋线、心形线等。
2. 曲线的长度和曲率:极坐标可以轻松计算曲线弧长和曲率。
通过对极坐标方程求导并计算积分,可以得到曲线的长度和曲率。
3. 极坐标的复数表示:极坐标可以将复数用幅度和辐角来表示,并方便进行复数运算。
特别地,极坐标下的乘法和除法运算非常简便。
四、极坐标在物理学中的应用1. 力学和动力学:在描述物体运动和旋转的问题中,极坐标可以使得方程简化,并更好地展示问题的几何特征。
2. 电磁学:极坐标可方便描述电场或磁场的分布情况,并帮助分析电场或磁场与点电荷或点磁荷之间的作用关系。
3. 流体力学:极坐标在描述圆对称流体力学问题时非常有用,例如旋转流体、涡旋、气旋等。
五、极坐标在工程与技术中的应用1. 工程绘图:在建筑、机械和电子等工程领域中,极坐标可用于绘制和设计对称结构,如轮胎、圆盘齿轮等。
2. 雷达和导航系统:在雷达和导航系统中,极坐标可以精确地描述目标的方位角和距离,从而方便地实现目标追踪和导航引导。
极坐标系的极坐标方程的天文和宇宙科学应用
极坐标系的极坐标方程的天文和宇宙科学应用极坐标系和极坐标方程在天文和宇宙科学领域中广泛应用,能够有效地描述运动轨迹、观测数据和相对位置。
本文将介绍极坐标系及其方程的基本概念,以及在天文和宇宙科学中的一些应用。
极坐标系是一种二维坐标系,由极点、极轴和极角三个要素构成。
极点为坐标系的中心点,极轴是从极点引出的一条射线,极角是从极轴到观测点所需旋转的角度。
通过极坐标系,我们可以用极径参数描述物体运动的轨迹,极角则描述物体相对于参照点的位置。
极坐标方程是通过将直角坐标系下的方程转化为极坐标系下的方程,以描述物体的运动轨迹。
通常情况下,极坐标方程可以表示成:r = f(θ)其中,r为距离参数,f(θ)为角度函数。
至于“r = f(θ)”这个方程式里面,数学上常常以参数t代替θ,这样目的就是将θ看成一个自变量,而r看成一个依赖的函数。
通常认为θ表示旋转角度,而r表示旋转半径。
当θ不断增加时,物体将依照f(θ)的变化而产生一条曲线。
在天文学中,极坐标方程被广泛用于描述一些特殊的天体运动轨迹,比如行星、彗星等。
例如,爱因斯坦在研究哈雷彗星的运动轨迹时,就用到了极坐标方程,来描述它的位置与速度。
同时,极坐标方程也可以用于描述恒星的光度变化,因为一些恒星的亮度会随时间变化呈现出周期性的曲线。
此外,天文学家也可以通过极坐标系和极坐标方程来测量天体之间的相对位置和距离。
通过观察物体在天空中的角度变化,我们可以得到物体之间的相对位置,同时通过计算它们之间的距离,我们可以估算出它们的直线距离。
综上所述,极坐标系的极坐标方程在天文和宇宙科学中有着广泛而重要的应用。
通过极坐标系,我们可以更直观地描述和理解天体的运动轨迹和位置关系。
通过对极坐标系的使用,我们也可以更好地解释许多观测数据和现象。
极坐标系与极坐标方程的应用
极坐标系与极坐标方程的应用极坐标系和极坐标方程是数学中一种常用的坐标系和数学表达方法。
它们在许多领域中具有广泛的应用。
本文将介绍极坐标系和极坐标方程的基本概念,并探讨它们在物理学、工程学和计算机图形学等领域中的具体应用。
一、极坐标系的基本概念极坐标系是一种二维坐标系,它由一个原点O和一个极轴构成。
极轴是从原点O出发的射线,表示角度的方向。
任意一点P可以用极径r 和极角θ来表示。
极径r是从原点O到点P的距离,极角θ是极轴与射线OP之间的夹角。
二、极坐标方程的基本形式极坐标方程是一种用极径和极角来表示的方程。
一般来说,极坐标方程可以表示为r = f(θ),其中f(θ)是θ的函数。
三、极坐标系与物理学的应用极坐标系在物理学中有广泛的应用。
例如,在天文学中,极坐标系可以用来描述天体的位置和运动。
天体的轨迹可以由极坐标方程来表示,通过观测其极径和极角的变化来研究天体的运动规律。
此外,在力学中,我们也可以使用极坐标系来描述刚体的运动。
通过将刚体的运动分解为径向和切向两个方向的运动,可以简化力学问题的求解过程,更加方便地分析刚体受力和受力矩的情况。
四、极坐标方程与工程学的应用在工程学中,极坐标方程有很多应用。
例如,在电磁场分析中,可以使用极坐标方程来描述电荷或电流的分布情况。
通过求解极坐标方程,可以计算出电磁场的分布情况,并用于指导电子器件的设计和优化。
此外,在建筑工程中,极坐标方程也有一些应用。
例如,可以用极坐标方程来描述圆形的建筑物或结构的形状和尺寸。
极坐标方程提供了一种简洁的方式来描述复杂的建筑物形状,有助于工程师进行结构设计和施工规划。
五、极坐标系与计算机图形学的应用在计算机图形学中,极坐标系也有重要的应用。
通过极坐标系,可以方便地描述和生成曲线和图像。
例如,通过调整极径和极角的变化,可以绘制出各种形状的图案和曲线,包括圆、螺旋线、心形线等。
此外,在图像处理中,也可以使用极坐标系来实现图像的旋转和变形等操作。
参数方程及极坐标方程在解题中的应用
参数方程及极坐标方程在解题中的应用例1:⊙O1和⊙O2的极坐标方程分别为。
(1)把⊙O1和⊙O2的极坐标方程化为直角坐标方程;(2)求经过⊙O1,⊙O2交点的直线的直角坐标方程。
解析:以极点为原点,极轴为x轴正半轴,建立平面直角坐标系,两坐标系中取相同的长度单位。
(1),由得所以,即为⊙O1的直角坐标方程同理,为⊙O2的直角坐标方程。
(2)由解得,所以⊙O1、⊙O2交于点A(0,0)和B(2,-2),因此,直线AB的直角坐标方程为例2:某时钟的秒针端点A到中心点O的距离为5cm,秒针均匀地绕点O旋转,当时间时,点A与钟面上标12的点B重合,将A、B两点间的距离(cm)表示成的函数,则,其中。
解析:以O为极点,OB所在直线为轴建立极坐标系。
(如图)秒针转过的角度为∠BOA=BO的反向延长线交圆O于点C,连AC,在Rt△ACB中,BA=d,∠BCA=∠BOA=由题意,圆的直径CB=10,∠BAC=∴,即答案:例3:已知,且,即的最大值为。
解析:∵x、y,且,设于是答案:例4:在平面直角坐标系xOy中,已知平面区域且,则平面区域的面积为()A. 2B. 1C.D.解析:∵且,,∴且在平面区域B内任取一点M(X,Y)则X=∵∴∵,∴综合,得可行域为如图阴影部分∴面积答案:B例4在平面直角坐标系中,直线的参数方程为(参数),圆C的参数方程为(参数),则圆C的圆心坐标为,圆心到直线的距离为。
解析:圆的方程化为普通方程为,圆心(0,2)直线化为普通方程:,圆心到直线的距离为答案:(0,2)例5 (2010年湖北重点中学高二联考)设圆M的方程为,过圆M上任意一点P分别作圆C的两条切线PE、PF,切点为E、F,求的最大值和最小值。
解析:设圆M的圆心M(x,y)则∴∴圆M的圆心随的变化在圆上运动如图,设∠ECF=,则要使最大最大a最小点P离圆C最近最小,而圆M的圆心M的轨迹与圆C是同心圆,,又,所以此时Rt△PCE中,∠PCE=60°,即,同理,最小时,最大∵,∴∴-1=∴总之,,。
极坐标系的应用
极坐标系的应用极坐标系是一种以极径(r)和极角(θ)来表示点坐标的数学系统。
它在物理、工程学和其他领域中有着广泛的应用。
本文将探讨极坐标系在几何图形、物理力学和图像处理等领域中的具体应用。
1. 几何图形1.1 极坐标方程在极坐标系中,我们可以使用极坐标方程来描述各种几何图形的形状。
比如,圆的极坐标方程为 r = a,其中 a 是圆的半径。
通过调整 a的值,我们可以绘制不同大小的圆。
1.2 极坐标绘图通过极坐标系,我们可以绘制出一些非常有趣的几何图形。
例如,利用参数方程绘制出的极坐标曲线,可以呈现出各种美妙的形状,如心形曲线、渐开线等。
这些图形通常比使用直角坐标系更容易描述和理解。
2. 物理力学2.1 引力场的描述在物理力学中,极坐标系可以用于描述引力场。
例如,在一个中心点引力场中,质点受到的引力与其到中心点的距离成反比。
这可以用极坐标系中的位势函数来描述。
通过极坐标系的分析,我们可以轻松地得到引力场的相关参数。
2.2 相对运动的描述在有些情况下,我们需要描述相对运动的物体。
极坐标系可以提供一种更简洁的分析方法。
通过将坐标系的原点放在一个物体上,并以该物体为极轴,我们可以用相对距离和相对角度来描述另一个物体相对于原点物体的位置。
3. 图像处理3.1 圆形检测极坐标系在图像处理中具有重要的应用,尤其是在圆形检测方面。
通过将图像转换为极坐标系,我们可以通过阈值设定和其他算法来检测图像中的圆形轮廓。
这种方法对于工业中的自动机器人导航和目标识别等任务特别有用。
3.2 图像畸变校正极坐标系还可以用于图像畸变校正。
例如,对于鱼眼镜头拍摄的图像,由于透视关系,图像中的直线可能呈现为弯曲的形状。
通过将图像转换为极坐标系,再进行校正,可以使图像中的直线恢复为真实的直线,提高图像的视觉效果和测量准确度。
总结:极坐标系在几何图形、物理力学和图像处理等领域中都有广泛的应用。
在几何图形方面,极坐标方程和极坐标绘图为我们创造了更多形状的可能性。
极坐标方程及其应用(精)
θ1ρ O(,)P ρθx极坐标方程及其应用一、基础知识 1. 极坐标系:平面内的一条规定有单位长度的射线Ox ,O 为极点,Ox 为极轴,选定一个长度单位和角的正方向(通常取逆时针方向),这就构成了极坐标系. 2.极坐标系内一点P 的极坐标:平面上一点P 到极点O 的距离||OP 称为极径ρ,OP 与Ox 轴的夹角θ称为极角,有序实数对(,)P ρθ,就叫做点P 的极坐标.(1)一般情况下,不特别加以说明时ρ表示非负数. 当0ρ=时表示极点;当0ρ<时,点(,)P ρθ的位置这样确定:作射线OP ,使xOP θ∠=,在OP 的反向延长线上取一点'P ,使得'||OP ρ=,点'P 即为所求的点.(2)点(,)P ρθ与点(,2)()k k Z ρπθ+∈所表示的是同一个点.综上所述,在极坐标系中,点与其点的极坐标之间不是一一对应而是一对多的对应,即(,)ρθ,(,2)k ρπθ+,(,(21))k ρπθ-++均表示同一个点.(3)若0ρ<,则0ρ->,规定点(,)ρθ-与点(,)ρθ关于极点对称,即(,)ρθ-与(,)ρπθ+表示同一点.如果规定0,02ρθπ>≤≤,那么除极点外,平面内的点可用唯一的极坐标(,)ρθ表示;同时,极坐标(,)ρθ表示的点也是唯一确定的.3.极坐标与直角坐标的互化:极坐标与直角坐标的不同是,直角坐标系中,点与坐标是一一对应的,而极坐标系中,点与坐标是一多对应的.即一个点的极坐标是不唯一的. 4.直线的极坐标方程:若直线l 经过点00(,)M ρθ,且极轴到此直线的角为α ,求直线l 的极坐标方程. 设直线l 上任意一点的坐标为P (ρ,θ),由正弦定理,得:)0(n t ,sin ,cos ,222≠===+=x x y a y x y x θθρθρρsin sin OP OMOMP OPM=∠∠, 整理得直线l 的极坐标方程为00sin()sin()ρθαρθα-=-.一些特殊位置的直线方程如下:经过极点 经过定点M (a ,0),且与极轴垂直 经过定点M (b ,π2),且与极轴平行 θ = αρcos θ = aρsin θ = b5.圆的极坐标方程:若圆的圆心为00(,)M ρθ,半径为r ,求圆的极坐标方程. 设P (ρ,θ)为圆上任意一点,由余弦定理,得2222cos PM OM OP OM OP POM =+-∠,则圆的极坐标方程是:2220002cos()0r ρρρθθρ--+-=.一些特殊位置的圆的方程如下(设圆的半径为r): 圆心在极点 圆心在极点右侧 圆心在极点上方 圆心在极点左侧 圆心在极点下方 ρ = r ρ = 2r cos θ ρ = 2r sin θ ρ = −2r cos θ ρ = −2r sin θ二、典型例题例1.(2003北京)极坐标方程1cos 22cos 2=-θρθρ表示的曲线是( )D(A)圆(B)椭圆 (C)抛物线 (D)双曲线例2.(2001年全国)极坐标方程ρ=2sin(θ+π)的图形是()CxOl M (b ,π2)a(A) (B) (C) (D) 例3.(2000年京皖春)直线θ=α和直线ρsin(θ-α)=1的位置关系( )B(A) 垂直 (B) 平行 (C) 相交但不垂直 (D) 重合例4.(2002北京春)在极坐标系中,如果一个圆的方程是ρ=4cos θ+6sin θ,那么过圆心且与极轴平行的直线方程是( )A(A) ρsin θ=3 (B) ρsin θ = –3 (C) ρcos θ =2 (D) ρcos θ = –2 例5.(2003上海)在极坐标系中,定点A(1,2π),点B 在直线0sin cos =+θρθρ上运动,当线段AB 最短时,点B 的极坐标是_________.解析:在直角坐标系中,A 点坐标为(0,1),B 点在直线x +y =0上, AB 最短,则B 为)21,21(-,化为极坐标为)43,22(π. 例6.(2007广东)在极坐标系中,直线l 的方程为ρsin θ=3,则点(2,6π)到直线l 的距离为_________.2例7.(1999年全国)在极坐标系中,曲线ρ= 4sin(θ-3π)关于( )B (A) 直线θ=3π轴对称 (B)直线θ=65π轴对称(C) 点(2, 3π)中心对称 (D)极点中心对称例8.(2006上海)在极坐标系中,O 是极点,设点A(4,3π),B(5,65π-),则△OAB 的面积是 . 5例9.(2009辽宁卷)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,曲线C 的极坐标方程为cos()13πρθ-=,M 、N 分别为曲线C 与x 轴,y 轴的交点.(1)写出曲线C 的直角坐标方程,并求M 、N 的极坐标; (2)设M N 的中点为P ,求直线OP 的极坐标方程. 解析:(1)当0θ=时,2ρ=,∴M 的极坐标(2,0);当2πθ=时,3ρ=,∴N 的极坐标()32π. (2)直线OP 的极坐标方程为,(,)6πθρ=∈-∞+∞.三、巩固练习1.(2013安徽理5)在极坐标系中,点 (,)π23到圆2cos ρθ=的圆心的距离为( )D(A )2 (B)249π+(C)219π+(D)32.(2013北京理3)在极坐标系中,圆ρ=-2sinθ的圆心的极坐标系是( ) (A) (1,)2π(B) (1,)2π- (C) (1,0) (D)(1,π)解析:将极坐标方程化为普通方程得:0222=++y y x ,圆心的坐标为)1,0(-,其极坐标为)23,1(π,选B . 3.(2010北京卷理5)极坐标方程(1)()0(0)ρθπρ--=≥表示的图形是( ) (A )两个圆 (B )两条直线(C )一个圆和一条射线 (D )一条直线和一条射线4.(2000年京皖春)直线θα=和直线sin()1ρθα-=的位置关系( ) (A) 垂直 (B) 平行 (C) 相交但不垂直 (D) 重合 5.(2012年上海理)在极坐标系中,过点)0,2(M 的直线l 与极轴的夹角6πα=.若将l 的极坐标方程写成)(θρf =的形式,则=)(θf _________.6.(2012陕西理)直线2cos 1ρθ=与圆2cos ρθ=相交的弦长为________.3 7.(2012年湖南)在极坐标系中,曲线1C :(2cos sin )1ρθθ+=与曲线2C :a ρ=(0)a >的一个交点在极轴上,则a =_______.8.(2008广东卷)已知曲线12C C ,的极坐标方程分别为cos 3ρθ=,π4cos 002ρθρθ⎛⎫=< ⎪⎝⎭,≥≤,则曲线1C 与2C 交点的极坐标为 .(23,)6π9.(2012年江苏)在极坐标中,已知圆C 经过点()24P π,,圆心为直线3sin 32ρθπ⎛⎫-=-⎪⎝⎭与极轴的交点,求圆C 的极坐标方程.10.在极坐标系Ox 中,已知点A ⎝⎛⎭⎫1,α2,B ⎝⎛⎭⎫1,-α2 02πα⎛⎫<< ⎪⎝⎭,求过AB 的中点,且与OA 垂直的直线的极坐标方程.解:设AB 的中点为C , 则|OC |=cos α2,过C 作CD ⊥OA于D .则|OD |=|OC |·cos α2=cos 2 α2.设M (ρ,θ)是直线CD 上的任意一点,则∠MOD =θ-α2,在△MOD 中,|OD |=|OM |cos ⎝⎛⎭⎫θ-α2,即cos 2 α2=ρcos ⎝⎛⎭⎫θ-α2,所以直线CD 的极坐标方程为cos 2 α2=ρcos ⎝⎛⎭⎫θ-α2.。
极坐标方程的应用
极坐标方程的应用【例3】 在直角坐标系xOy 中,直线C 1:x =-2,圆C 2:(x -1)2+(y -2)2=1,以坐标原点为极点,x 轴的正半轴为极轴建立极坐标系.(1)求C 1,C 2的极坐标方程;(2)若直线C 3的极坐标方程为θ=π4(ρ∈R ),设C 2与C 3的交点为M ,N ,求△C 2MN 的面积.【解】 (1)因为x =ρcos θ,y =ρsin θ,所以C 1的极坐标方程为ρcos θ=-2,C 2的极坐标方程为ρ2-2ρcos θ-4ρsin θ+4=0.(2)将θ=π4代入ρ2-2ρcos θ-4ρsin θ+4=0,得ρ2-32ρ+4=0,解得ρ1=22,ρ2= 2.故ρ1-ρ2=2,即|MN |= 2.由于圆C 2的半径为1,所以△C 2MN 的面积为12.1.本例条件不变,求直线C 1与C 3的交点的极坐标.解:联立两直线方程得⎩⎨⎧ ρcos θ=-2,θ=π4,解得⎩⎨⎧ ρ=-22,θ=π4,所以交点的极坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫-22,π4⎝ ⎛⎭⎪⎫或⎝ ⎛⎭⎪⎫22,5π4. 2.本例条件不变,求圆C 2关于极点的对称圆的方程.解:因为点(ρ,θ)与(-ρ,θ)关于极点对称,所以由C 2的极坐标方程为ρ2-2ρcos θ-4ρsin θ+4=0得圆C 2关于极点的对称圆方程是ρ2+2ρcos θ+4ρsin θ+4=0.(2016·新课标全国卷Ⅱ)在直角坐标系xOy 中,圆C 的方程为(x +6)2+y 2=25.(1)以坐标原点为极点,x 轴正半轴为极轴建立极坐标系,求C 的极坐标方程;(2)直线l 的参数方程是⎩⎪⎨⎪⎧x =t cos α,y =t sin α(t 为参数),l 与C 交于A ,B 两点,|AB |=10,求l 的斜率.解:(1)由x =ρcos θ,y =ρsin θ可得圆C 的极坐标方程为ρ2+12ρcos θ+11=0.(2)在(1)中建立的极坐标系中,直线l 的极坐标方程为θ=α(ρ∈R ).设A ,B 所对应的极径分别为ρ1,ρ2,将l 的极坐标方程代入C 的极坐标方程得ρ2+12ρcos α+11=0.于是ρ1+ρ2=-12cos α,ρ1ρ2=11.|AB |=|ρ1-ρ2|=(ρ1+ρ2)2-4ρ1ρ2=144cos 2α-44.由|AB |=10得cos 2α=38,tan α=±153.所以l 的斜率为153或-153.1.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.3.求曲线的极坐标方程的步骤(1)建立适当的极坐标系,设P(ρ,θ)是曲线上任意一点;(2)由曲线上的点所适合的条件,列出曲线上任意一点的极径ρ和极角θ之间的关系式;(3)将列出的关系式进行整理、化简,得出曲线的极坐标方程.。
极坐标系的极坐标方程的化学和物理应用
极坐标系的极坐标方程的化学和物理应用极坐标系是平面上的一种坐标系,其中点的位置由极径和极角表示。
极坐标系有很多应用,特别是在化学和物理领域中。
极坐标系的极坐标方程是常见的数学工具之一,用于描述各种形状和物理现象。
极坐标系的定义极坐标系是一种坐标系,其中点的位置由极径和极角表示。
极径是从原点到点的距离,极角是从参考轴(通常是x轴)到线段的角度。
极角通常用弧度表示,范围是0到2π。
在极坐标系中,坐标轴不是垂直和水平的,而是从原点开始向外发散的射线。
极坐标方程的定义极坐标方程是一种用极径和极角描述点的方程。
类似于直角坐标系的方程,极坐标方程中的变量是极径r和极角θ。
极坐标方程通常写成r=f(θ),其中f是一个函数,表示在给定极角时点的极径。
化学应用极坐标方程可用于分析分子结构和反应机理。
在化学中,分子的结构由原子的位置和化学键的长度和角度确定。
使用晶体学技术和计算方法确定分子结构时,极坐标方程非常有用。
极坐标方程可以轻松地计算化学键的长度和角度,从而确定分子的结构。
例如,极坐标方程可以用来计算甲烷(CH4)分子中碳原子和氢原子的距离。
根据VSEPR理论,甲烷分子的形状是四面体,其中碳原子在中心,四个氢原子在四个角上。
使用极坐标方程,可以将每个氢原子表示为一个点,其中点的极径是碳原子到氢原子的距离,极角是氢原子在分子中的角度。
从这些点中计算平均值可以确定碳原子和氢原子之间的距离。
物理应用极坐标方程在物理学中有许多应用,特别是在处理旋转和循环问题时。
例如,通常使用极坐标方程描述旋转运动的速度和位置。
极坐标方程还用于描述其他现象,例如涡流和电磁场。
在涡流中,极坐标方程可以用来计算流体中涡旋的大小和形状。
在电磁场中,极坐标方程可以用于计算电荷和电流的位置和相互作用。
总结极坐标系的极坐标方程是在化学和物理学中常用的工具。
它们可以用于描述分子结构、反应机理、旋转运动、涡流和电磁场等现象。
掌握极坐标系和极坐标方程可以帮助我们更好地理解这些现象,并在实践中应用它们。
参数方程与极坐标方程的应用
参数方程与极坐标方程的应用在数学中,参数方程和极坐标方程是常用的表示曲线的方法。
它们在多个领域中广泛应用,包括物理学、工程学和计算机图形学等。
本文将探讨参数方程和极坐标方程的基本概念,并介绍它们在实际应用中的一些例子。
一、参数方程参数方程是一种以参数的形式给出曲线上的点的坐标的方程。
一般来说,参数方程由两个函数组成,分别表示曲线上的x坐标和y坐标。
用符号表示,参数方程可以表示为:x = f(t)y = g(t)其中,参数t的取值范围可以是实数集。
通过选择不同的参数值,可以得到曲线上不同的点。
参数方程不仅能够表示简单的直线和曲线,还可以表示复杂的曲线和曲面。
参数方程在物理学中的应用非常广泛。
例如,在运动学中,我们可以使用参数方程来描述物体的运动轨迹。
考虑到速度、加速度等因素,可以通过调整参数值来模拟不同的运动路径。
在这种情况下,参数方程能够提供关于物体位置和速度等重要信息。
此外,在计算机图形学中,参数方程也是描述曲线和曲面的重要工具。
通过调整参数,我们可以生成各种各样的图形效果,如圆、椭圆、双曲线等。
参数方程还可以用于图像变形和动画制作等方面。
二、极坐标方程极坐标方程是一种用极坐标表示曲线的方程。
在极坐标系中,点的位置由径向距离和极角两个参数来确定。
一般来说,极坐标方程由两个函数组成,分别表示径向距离和极角。
通常,极坐标方程可以表示为:r = f(θ)其中,r表示径向距离,θ表示极角。
通过调整θ的取值,可以得到曲线上不同的点。
不同于直角坐标系中的笛卡尔坐标,极坐标系更适合描述一些对称性较强的曲线,如圆、螺旋线和对数螺线等。
极坐标方程在工程学和物理学中非常常见。
例如,在天文学中,极坐标方程常用于描述行星和恒星的轨道。
通过调整极角和径向距离,可以准确地预测天体的位置和运动。
此外,在工程学领域,极坐标方程也被广泛应用于机械制图和测量方面。
极坐标方程可以用于描述圆形孔洞的位置和大小,以便进行加工和装配。
总结:参数方程和极坐标方程是数学中常用的描述曲线的方法。
极坐标及极坐标方程的应用
极坐标及极坐标方程的应用极坐标是描述平面上点位置的一种坐标系统,它由极径(r)和极角(θ)两个参数组成。
极坐标的引入为我们提供了一种不同于直角坐标系的视角,使得我们能够更加便捷地描述和计算某些几何问题。
本文将介绍极坐标及其方程的基本概念,并阐述其在数学和物理领域的应用。
**一、极坐标的基本概念**在直角坐标系中,我们用(x, y)表示点的位置,x代表水平方向上的距离,y代表垂直方向上的距离。
而在极坐标系中,我们使用(r, θ)来描述点的位置,其中r为该点到原点的距离,θ为该点与极轴的夹角。
在极坐标系中,极轴是一个特殊的直线,通常以水平方向为极轴。
当θ的值为0时,表示点在极轴上;当θ的值为90°时,表示点在极轴的顺时针方向上。
需要注意的是,极角θ的取值范围通常为[0, 2π)或者[-π, π),因为角度的周期性使得我们不必限定θ的值只在一段特定的范围内。
**二、极坐标方程的表达形式**在极坐标系中,点的位置可以通过极坐标方程来表示。
极坐标方程的一般形式为(r, θ) = f(θ),其中f(θ)为定义在给定区间上的函数。
通过调整函数的形式和定义域,我们可以绘制出各种各样的曲线。
最常见的极坐标方程形式是:- r = f(θ),其中r表示极径关于极角θ的函数。
- θ = f(r),其中θ表示极角关于极径r的函数。
通过调整极坐标方程的形式,我们可以绘制出各种曲线,如直线、圆、椭圆、双曲线等。
而且,这些曲线在极坐标系下的方程往往更加简洁和直观,因为它们与极径和极角之间的关系更为紧密。
**三、极坐标在数学中的应用**极坐标在数学中有许多应用,其中较为常见的有极坐标方程的图形分析和曲线积分。
**1. 图形分析**极坐标方程可以用于描述和分析各种曲线的形状和特性。
通过观察极坐标方程的性质,我们可以获得曲线的极值点、渐近线、对称轴等特点,从而更好地理解和研究曲线的性质。
例如,对于极坐标方程r = a(1 + cosθ)表示的曲线,我们可以发现它是一个心脏形状的曲线,其中a为常数。
极坐标系的极坐标方程的物理和工程应用
极坐标系的极坐标方程的物理和工程应用极坐标系是一种常见的坐标系,可以描述平面上的点。
它和直角坐标系有着紧密的联系,但是在一些情况下,极坐标系更加方便。
特别是在描述圆形、扇形等具有对称性的图形时,极坐标系具有独特的优势。
在物理和工程领域,极坐标系的极坐标方程也被广泛应用。
一、物理应用极坐标系的极坐标方程在物理学中有着重要的地位。
考虑到物体的对称性,物理学家们往往使用极坐标系来描述物体在旋转时的情况。
例如,对于质点的运动,可以定义它的位置、速度和加速度,而这些量在极坐标系下可以很容易地求解。
同样地,对于质点的角动量和动能等动力学量,极坐标系下的表达式也更加简洁。
除此之外,极坐标系的极坐标方程在电动力学中也被广泛应用。
在电动力学中,人们经常研究电荷在电场和磁场中的运动。
而这些问题可以通过极坐标系的方程来描述。
对于电荷在电场中的运动,可以使用极坐标系的方程来求解它的运动轨迹和速度的大小和方向。
同样地,在磁场中运动的电荷,也可以使用极坐标系的方程来描述它们的运动状态。
二、工程应用极坐标系的极坐标方程在工程学中也有着广泛的应用。
例如,机械工程中的圆盘和齿轮等物体,它们的运动都是按照圆周运动的方式进行的,因此极坐标系的方程可以很好地描述它们的轨迹和运动状态。
在机械设计中,人们常常需要计算轴承的载荷和摩擦等参数。
而在计算这些参数时,使用极坐标系的极坐标方程可以更加方便和直观。
同样地,在建筑工程中,人们也常常需要通过极坐标系的方程来计算建筑物外观的形状。
例如,建筑物的圆形屋顶或者扇形玻璃墙等,都可以通过极坐标系的方程来描述。
在计算建筑物的重心和抗风能力等参数时,使用极坐标系的方程也有着独特的优势。
总之,极坐标系的极坐标方程在物理和工程领域中都扮演着重要的角色。
通过极坐标系的方程,我们可以更加直观地理解物体的对称性和运动状态,更加方便地计算各种物理和工程参数。
极坐标系的极坐标方程的物流和运输科学应用
极坐标系的极坐标方程的物流和运输科学应用极坐标系的极坐标方程,在物流和运输科学中有着广泛的应用。
极坐标系是一种基于极径和极角的坐标系,可以描述物体相对于一个固定点的位置。
而极坐标方程,则是描述了图形在极坐标系中的形状和大小的方程。
在物流和运输科学中,极坐标系的极坐标方程可以用来描述诸如轮胎、飞行器轴线以及带钩物流系统等物品的位置和运动,这里将重点探讨极坐标系的极坐标方程在这些应用中的具体表现。
一、轮胎极坐标系的极坐标方程可以帮助描述车轮或轮胎相对于车体中心的位置和运动。
由于轮胎是旋转的,所以其速度和位置会在不同的点上有所变化。
通过极坐标方程,我们可以精确地描述轮胎在不同点上的速度和位置,从而更好地掌握车辆的方向和稳定性,保证行车的安全性。
二、飞行器轴线极坐标系的极坐标方程也可以用来帮助描述飞行器的运动。
通过极坐标方程,我们可以确定飞行器相对于固定中心的距离和角度,并根据这些参数来控制飞行器的转向和运动。
这对于保证航空安全,以及实现准确的飞行路径,都非常重要。
三、带钩物流系统在物流和运输行业中,带钩物流系统是一种重要的装卸设备。
它能够在不同高度和角度下工作,在物流中起着至关重要的作用。
通过极坐标系的极坐标方程,我们可以确定带钩物流系统相对于固定点的位置和方向,并控制其移动和装卸物品。
这不仅可以提高物流的效率,还可以降低操作成本,提高工作效率。
总之,极坐标系的极坐标方程在物流和运输科学中有着广泛的应用。
通过极坐标系和极坐标方程,我们可以更加准确地描述物体的位置和运动,从而保证物流运输的精度和安全性。
未来,在快速发展的物流和运输行业中,极坐标系的极坐标方程的应用将会不断扩展,带来更多的变革和创新。
极坐标方程及其应用
考点一极坐标方程及其应用例题(2015山西四校联考)在直角坐标系 xOy 中,圆C 的参数方程x = 1 + cos ©(©为参数)•以O 为极点,x 轴的非负半轴为极轴建立极坐标系. y = sin©①求圆C 的极坐标方程;n n② 直线I 的极坐标方程是2 p in E+ 3 = 3 3,射线OM : A3与圆C 的交点 为O 、P ,与直线I 的交点为Q ,求线段PQ 的长.【审题立意】本题考查极坐标方程,属于中档题. 【技能突破】求解极坐标方程的题应注意两点:(1) 曲线的极坐标方程化为直角坐标方程时,如果不容易直接转化,要先变 形. (2) 已知两曲线的极坐标方程求交点时,可首先化为直角坐标方程,求出直 角坐标交点,再化为极坐标.【解题思路】把直角坐标方程化为极坐标,注意化简,联立求交点坐标. 【参考答案】①圆C 的普通方程为(x - 1)2 + y 2= 1,又x = p os O, y = p in 9, 所以圆C 的极坐标方程为2cos 9.尸 2cos 9②设P(p, 9),则由 n ,解A ;p sin 9+ 3cos 9 = 3 3设Q( p, 9),则由 n缸3 所以 |PQ|= 2. 【变式训练】(2015课标全国卷I )在直角坐标系xOy 中,直线C 1: x =- 2,圆C 2: (x - 1)2 + (y - 2)2= 1,以坐标原点为极点,x 轴的正半轴为极轴建立极坐标系.(1)求C 1, C 2的极坐标方程;冗(2)若直线C 3的极坐标方程为 =4( p€ R),设C 2与C 3的交点为M , N ,求 △ C 2MN 的面积.解析:(1)因为x = p os 9, y = p in 0所以C 1的极坐标方程为 p os 0=- 2, C 2的极坐标方程为 p-2 p os 9-4 psin 9+ 4 = 0.⑵将 9=才弋入 p - 2 p os 9— 4 p in 9+ 4= 0, 得 p-3.2 p+ 4 = 0,n,解得 p = 3, 0=3.解得 p = 2 2, p= 2.故 p — p= .2,即 |MN|= 2.1由于C 2的半径为1,所以△ C 2MN 的面积为$ 考点二极坐标与参数方程例题1 (2015陕西高考)在直角坐标系xOy 中,直线I 的参数方程为(t 为参数).以原点为极点,x 轴正半轴为极轴建立极坐标系C 的极坐标方程为 尸 2 3sinB.(1) 写出。
曲线的极坐标方程等价定理及其应用
极坐标方程等价定及其应用
一、极坐标方程等价定理
极坐标方程等价定理(Polar Equivalence Theorem)是一个描述曲线的重要定理,它解释了极坐标和直角坐标之间的关系。
它指出,任何曲线都可以用极坐标方程来表示,也可以用直角坐标方程来表示,而它们之间是等价的。
极坐标方程等价定理的公式:
若曲线的极坐标方程为:
r=f(θ)
则曲线的直角坐标方程为:
x=rcosθ
y=rsinθ
二、极坐标方程等价定理的应用
(1)求曲线的方程
由极坐标方程等价定理可知,任何曲线都可以用极坐标方程或直角坐标方程表示,因此,在求曲线的方程时,可以根据已知条件,选择极坐标方程或直角坐标方程求解。
(2)求曲线的性质
极坐标方程等价定理的另一个应用是求曲线的性质,例如求曲线的极坐标方程中的函数f(θ)的单调性、极限等。
(3)求曲线的长度
极坐标方程等价定理还可以用来求曲线的长度。
由极坐标方程等价定理可知,曲线的极坐标方程和直角坐标方程之间是等价的,因此,可以将曲线的极坐标方程转换为直角坐标方程,然后求曲线的长度。
极坐标及极坐标方程
[解析] ρ=2sinθ 的直角坐标方程为 x2+y2-2y=0,ρcosθ
=-1 的直角坐标方程为 x=-1,联立方程,得
x2+y2-2y=0, x=-1,
解得xy==1-,1,
即两曲线的交点为(-1,1),
又 0≤θ<2π,因此这两条曲线的交点的极坐标为( 2,34π).
[答案] ( 2,34π)
自主探究:
在极坐标系中,曲线 C1:ρ=2cosθ,曲线 C2:θ=π4, 若曲线 C1 与 C2 交于 A、B 两点,则线段 AB 的长为________.
[解析] 曲线 C1 与 C2 均经过极点,因此极点是它们的一
ρ=2cosθ, ρ= 2,
个公共点.由θ=π4,
得θ=π4, 即曲线 C1 与 C2 的
ρ=2rcosθ; ρ=2rsinθ.
(7)若圆心为 M(ρ0,θ0),半径为 r 的圆方程为:
ρ2-2ρ0ρcos(θ-θ0)+ρ-r2=0.
课前预练
1.在极坐标系中,与点(3,-π3)关于极轴所在直线对称的
点的极坐标为( )
A.(3,23π)
BB.(3,π3)
C.(3,43π)
D.(3,56π)
课前预练
3.极坐标方程ρcosθ=4表示的曲线是( ) A.一条平行于极轴的直线 B.一条垂直于极轴的直线
B
C.圆心在极轴上的圆 D.过极点的圆
讨论总结:极坐标方程ρcosθ=a表示 什 么?极坐标方程ρsinθ=a 呢?
课前预练
4.设曲线的极坐标方程为ρ=2asinθ(a>0),则 它表示的曲线是( )
1 1 cos2 1 sin2 . 2 16 2 4 2
(2)由(1)得
1 OM
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极坐标 一、内容回顾1.平面直角坐标系中的伸缩变换设点P (x ,y )是平面直角坐标系中的任意一点,在变换φ:⎩⎪⎨⎪⎧x ′=λx ,λ>0,y ′=μy ,μ>0的作用下,点P (x ,y )对应到点P ′(x ′,y ′),称φ为平面直角坐标系中的坐标伸缩变换,简称伸缩变换. 2.极坐标系(1)设M 是平面内一点,极点O 与点M 的距离|OM |叫作点M 的极径,记为ρ.以极轴Ox 为始边,射线OM 为终边的角xOM 叫作点M 的极角,记为θ.有序数对(ρ,θ)叫作点M 的极坐标,记作M (ρ,θ).(2)极坐标与直角坐标的关系:把直角坐标系的原点作为极点,x 轴的正半轴作为极轴,并在两种坐标系中取相同的长度单位,设M 是平面内任意一点,它的直角坐标是(x ,y ),极坐标为(ρ,θ),则它们之间的关系为x =ρcos θ,y =ρsin θ,由此得ρ2=x 2+y 2,tan θ=yx (x ≠0).3.常用简单曲线的极坐标方程二、典型例题题型一:平面直角坐标系中图象的变换1.在同一平面直角坐标系中, (1)求x 2+y 2=1在变换φ:⎩⎨⎧='='y y xx 32的作用下,得到的曲线方程【解析】 由题意可得:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧'='=32y y x x ,代入x 2+y 2=1,即13222=⎪⎭⎫ ⎝⎛'+⎪⎭⎫ ⎝⎛'y x , 则所得新曲线方程为19422=+y x ;(2)曲线C 在变换φ:⎩⎨⎧='='yy x x 32的作用下得到椭圆x 29+y 24=1.求此曲线C 方程【解析】 由题意可知:将⎩⎨⎧='='yy x x 32,代入x 29+y 24=1,即1499422=+y x ,则所得新曲线方程为1499422=+yx ;(3)求一个伸缩变换,使得圆x 2+y 2=1变换为椭圆x 29+y 24=1.(3)【解析】 设伸缩变换为⎩⎪⎨⎪⎧x ′=λx ,λ>0,y ′=μy ,μ>0,由题意知,λ2x 29+μ2y 24=1,即2)3(λx 2+2)2(μy 2=1.与x 2+y 2=1比较系数,得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==1)2(1)3(22μλ故⎩⎪⎨⎪⎧ λ=3,μ=2,所以伸缩变换为⎩⎪⎨⎪⎧x ′=3x ,y ′=2y ,即先使圆x 2+y 2=1上的点的纵坐标不变,将圆上的点的横坐标伸长到原来的3倍,得到椭圆x 29+y 2=1,再将该椭圆的点的横坐标不变,纵坐标伸长到原来的2倍,得到椭圆x 29+y 24=1.题型二 直接用极坐标方程中的ρ解决问题(2019·广州五校联考)在极坐标系中,圆C 是以点C )6,2(π-为圆心,2为半径的圆。
(1)求圆C 的极坐标方程;(2)求圆C 被直线l :θ=-5π12(ρ∈R )所截得的弦长。
解 (1)设所求圆上任意一点,M (ρ,θ),如图,在Rt △OAM 中,∠OMA =π2,∠AOM =2π-θ-π6,|OA |=4。
因为cos ∠AOM =|OM ||OA |,所以|OM |=|OA |·cos ∠AOM ,即ρ=4cos )62(πθπ--=4cos )6(πθ+,验证可知,极点O 与A )6,4(π-的极坐标也满足方程,故ρ=4cos )6(πθ+为所求。
(2)设l :θ=-5π12(ρ∈R )交圆C 于点P ,在Rt △OAP 中,∠OP A =π2,易得∠AOP =π4,所以|OP |=|OA |cos ∠AOP =22。
题型三 极坐标化成直角坐标后解决问题在极坐标系中,直线C 1的极坐标方程为ρsin θ=2,M 是C 1上任意一点,点P 在射线OM 上,且满足|OP |·|OM |=4,记点P 的轨迹为C 2。
(1)求曲线C 2的极坐标方程; (2)求曲线C 2上的点到直线ρcos )4(πθ+=2距离的最大值。
解 (1)设P (ρ1,θ),M (ρ2,θ),由|OP |·|OM |=4,得ρ1ρ2=4,即ρ2=4ρ1。
因为M 是C 1上任意一点,所以ρ2sin θ=2, 即4ρ1sin θ=2,ρ1=2sin θ。
所以曲线C 2的极坐标方程为ρ=2sin θ。
(2)由ρ=2sin θ,得ρ2=2ρsin θ,即x 2+y 2-2y =0, 化为标准方程为x 2+(y -1)2=1, 则曲线C 2的圆心坐标为(0,1),半径为1, 由直线ρcos )4(πθ+=2,得:ρcos θcos π4-ρsin θsin π4=2,即x -y =2,圆心(0,1)到直线x -y =2的距离为 d =|0×1+1×(-1)-2|2=322,所以曲线C 2上的点到直线ρcos )4(πθ+=2距离的最大值为1+322。
题型四 用极坐标方程或转化成直角方程两种方法解决问题(2019·山东淄博二模)在平面直角坐标系xOy 中,直线l 的方程是x =4。
曲线C 的参数方程是⎩⎨⎧x =1+2cos φ,y =1+2sin φ(φ为参数)。
以坐标原点为极点,x 轴的正半轴为极轴建立极坐标系。
(1)求直线l 和曲线C 的极坐标方程; (2)若射线θ=α)40,0(παρ<<≥与曲线C 交于点O ,A ,与直线l 交于点B ,求|OA ||OB |的取值范围。
解 (1)由ρcos θ=x ,得直线l 的极坐标方程为ρcos θ=4。
曲线C 的参数方程为⎩⎨⎧x =1+2cos φ,y =1+2sin φ(φ为参数),消去参数φ得曲线C 的普通方程为(x -1)2+(y -1)2=2,即x 2+y 2-2x -2y =0,将x 2+y 2=ρ2,x =ρcos θ,y =ρsin θ代入上式得ρ2=2ρcos θ+2ρsin θ, 所以曲线C 的极坐标方程为ρ=2cos θ+2sin θ。
(2)设A (ρ1,α),B (ρ2,α),则ρ1=2cos α+2sin α,ρ2=4cos α,所以|OA ||OB |=ρ1ρ2=(2cos α+2sin α)cos α4=sin αcos α+cos 2α2=14(sin2α+cos2α)+14=24sin )42(πα++14, 因为0<α<π4,所以π4<2α+π4<3π4,所以22<sin )42(πα+≤1,所以12<24sin )42(πα++14≤1+24。
故|OA ||OB |的取值范围是]421,21(+。
(2019·南昌摸底)在平面直角坐标系xOy 中,曲线C 1的参数方程为⎩⎨⎧x =3+2cos α,y =2+2sin α(α为参数),直线C 2的方程为y =33x ,以O 为极点,以x 轴的非负半轴为极轴建立极坐标系。
①求曲线C 1和直线C 2的极坐标方程;②若直线C 2与曲线C 1交于P ,Q 两点,求|OP |·|OQ |的值。
解 (1)因为曲线C 的极坐标方程为ρ=4cos θ, 所以曲线C 是圆心为(2,0),直径为4的圆。
因为直线l 的极坐标方程为ρsin )6(θπ-=2,则直线l 过A (4,0),倾斜角为π6,所以A 为直线l 与圆C 的一个交点。
设另一个交点为B ,则∠AOB =π6。
连接OB 。
因为OA 为直径,从而∠OBA =π2,所以AB =4cos π6=23。
因此,直线l 被曲线C 截得的弦长为23。
(2)①曲线C 1的普通方程为(x -3)2+(y -2)2=4,即x 2+y 2-23x -4y +3=0, 则曲线C 1的极坐标方程为ρ2-23ρcos θ-4ρsin θ+3=0。
因为直线C 2的方程为y =33x , 所以直线C 2的极坐标方程为θ=π6(ρ∈R )。
②设P (ρ1,θ1),Q (ρ2,θ2),将θ=π6(ρ∈R )代入ρ2-23ρcos θ-4ρsin θ+3=0得,ρ2-5ρ+3=0,所以ρ1ρ2=3,所以|OP |·|OQ |=ρ1ρ2=3。
三、方法归纳1.极坐标系(1)极坐标系内两点间的距离公式设极坐标系内两点P 1(ρ1,θ1),P 2(ρ2,θ2),则|P 1P 2|=ρ21+ρ22-2ρ1ρ2cos (θ1-θ2).特例:当θ1=θ2时,|P 1P 2|=|ρ1-ρ2|. (2)极坐标方程与直角坐标方程的互化①直角坐标方程化为极坐标方程,只须将公式x =ρcos θ及y =ρsin θ直接代入直角坐标方程并化简即可;而极坐标方程化为直角坐标方程,则往往要通过变形,构造出形如ρcos θ,ρsin θ,ρ2的形式,再应用公式进行代换.其中方程的两边同乘以(或同除以)ρ及方程两边平方是常用的变形技巧.②通常情况下,由tan θ确定角θ时,应根据点P 所在象限取最小正角.在这里要注意:当x ≠0时,θ角才能由tan θ=yx 按上述方法确定.当x =0时,tan θ没有意义,这时又分三种情况:当x =0,y =0时,θ可取任何值;当x =0,y >0时,可取θ=π2;当x =0,y <0时,可取θ=3π2.2.求简单曲线的极坐标方程的方法(1)设点M (ρ,θ)为曲线上任意一点,由已知条件,构造出三角形,利用正弦定理求解|OM |与θ的关系; (2)先求出曲线的直角坐标方程,再利用极坐标与直角坐标的变换公式,把直角坐标方程化为极坐标方程.四、高考链接【2019全国Ⅱ卷】在极坐标系中,O 为极点,点0(M ρ,00)(0)θρ>在曲线:4sin C ρθ=上,直线l 过点(4,0)A 且与OM 垂直,垂足为P . (1)当03πθ=时,求0ρ及l 的极坐标方程;(2)当M 在C 上运动且P 在线段OM 上时,求P 点轨迹的极坐标方程.【思路分析】(1)把03πθ=直接代入4sin ρθ=即可求得0ρ,在直线l 上任取一点(,)ρθ,利用三角形中点边角关系即可求得l 的极坐标方程;(2)设(,)P ρθ,在Rt OAP ∆中,根据边与角的关系得答案. 【解析】:(1)当03πθ=时,04sin3πρ==在直线l 上任取一点(,)ρθ,则有cos()23πρθ-=,故l 的极坐标方程为有cos()23πρθ-=;(2)设(,)P ρθ,则在Rt OAP ∆中,有4cos ρθ=,P 在线段OM 上,[4πθ∴∈,]2π, 故P 点轨迹的极坐标方程为4cos ρθ=,[4πθ∈,]2π.⑶.【2019全国Ⅲ卷】如图,在极坐标系Ox 中,(2,0)A ,B )4π,C 3)4π,(2,)D π,弧AB ,BC ,CD 所在圆的圆心分别是(1,0),(1,)2π,(1,)π,曲线1M 是弧AB ,曲线2M 是弧BC ,曲线3M 是弧CD .(1)分别写出1M ,2M ,3M 的极坐标方程;(2)曲线M 由1M ,2M ,3M 构成,若点P 在M 上,且||OP =P 的极坐标.【思路分析】(1)根据弧AB ,BC ,CD 所在圆的圆心分别是(1,0),(1,)2π,(1,)π,结合极坐标方程进行求解即可;(2)讨论角的范围,由极坐标过程||3OP =P 的极坐标;【解析】:(1)由题设得,弧AB ,BC ,CD 所在圆的极坐标方程分别为2cos ρθ=,2sin ρθ=,2cos ρθ=-,则1M 的极坐标方程为2cos ρθ=,(0)4πθ,2M 的极坐标方程为2sin ρθ=,3()44ππθ, 3M 的极坐标方程为2cos ρθ=-,3()4πθπ,(2)设(,)P ρθ,由题设及(1)值,若04πθ,由2cos 3θ=3cos θ=,得6πθ=, 若344ππθ,由2sin 3θ3sin θ=,得3πθ=或23π, 若34πθπ,由2cos 3θ-=3cos θ=,得56πθ=, 综上P 的极坐标为(3)6π或(3)3π或(32)3π或(35)6π.2.(2018全国卷Ⅰ) [选修4–4:坐标系与参数方程]在直角坐标系xOy 中,曲线1C 的方程为||2y k x =+.以坐标原点为极点,x 轴正半轴为极轴建立极坐标系,曲线2C 的极坐标方程为22cos 30ρρθ+-=. (1)求2C 的直角坐标方程;(2)若1C 与2C 有且仅有三个公共点,求1C 的方程.【解析】(1)由cos x ρθ=,sin y ρθ=得2C 的直角坐标方程为22(1)4x y ++=.(2)由(1)知2C 是圆心为(1,0)A -,半径为2的圆.由题设知,1C 是过点(0,2)B 且关于y 轴对称的两条射线.记y 轴右边的射线为1l ,y 轴左边的射线为2l .由于B 在圆2C 的外面,故1C 与2C 有且仅有三个公共点等价于1l 与2C 只有一个公共点且2l 与2C 有两个公共点,或2l 与2C 只有一个公共点且1l 与2C 有两个公共点. 当1l 与2C 只有一个公共点时,A 到1l 所在直线的距离为2221k =+,故43k =-或0k =.经检验,当0k =时,1l 与2C 没有公共点;当43k =-时,1l 与2C 只有一个公共点,2l 与2C 有两个公共点.当2l 与2C 只有一个公共点时,A 到2l 所在直线的距离为22=,故0k =或43k =.经检验,当0k =时,1l 与2C 没有公共点;当43k =时,2l 与2C 没有公共点. 综上,所求1C 的方程为4||23y x =-+. 3.(2018江苏)C .[选修4—4:坐标系与参数方程](本小题满分10分)在极坐标系中,直线l 的方程为πsin()26ρθ-=,曲线C 的方程为4cos ρθ=,求直线l 被曲线C 截得的弦长.【解析】因为曲线C 的极坐标方程为=4cos ρθ,所以曲线C 的圆心为(2,0),直径为4的圆.因为直线l 的极坐标方程为πsin()26ρθ-=,则直线l 过(4,0)A ,倾斜角为π6,所以A 为直线l 与圆C 的一个交点. 设另一个交点为B ,则∠OAB =π6.连结OB ,因为OA 为直径,从而∠OBA =π2,Ol所以π4cos6AB ==.因此,直线l 被曲线C 截得的弦长为. 4. (2017新课标Ⅱ)在直角坐标系xOy 中,以坐标原点为极点,x 轴的正半轴为极轴建立极坐标系,曲线1C 的极坐标方程为cos 4ρθ=.(1)M 为曲线1C 上的动点,点P 在线段OM 上,且满足||||16OM OP ⋅=,求点P 的轨迹2C 的直角坐标方程;(2)设点A 的极坐标为(2,)3π,点B 在曲线2C 上,求OAB ∆面积的最大值.【解析】(1)设P 的极坐标为(,)ρθ(0)ρ>,M 的极坐标为1(,)ρθ1(0)ρ>. 由椭圆知||OP ρ=,14||cos OM ρθ==.由||||16OM OP ⋅=得2C 的极坐标方程4cos ρθ=(0)ρ>. 因此2C 的直角坐标方程为22(2)4(0)x y x -+=≠.(2)设点B 的极坐标为(,)B ρα(0)B ρ>.由题设知||2OA =,4cos B ρα=,于是OAB ∆面积1||sin 2B S OA AOB ρ=⋅⋅∠4cos |sin()|3παα=-2|sin(2)|32πα=--2≤当12πα=-时,S 取得最大值2+.5.(2016年全国I )在直角坐标系xOy 中,曲线1C 的参数方程为cos 1sin x a ty a t=⎧⎨=+⎩(t 为参数,a >0).在以坐标原点为极点,x 轴正半轴为极轴的极坐标系中,曲线2C :4cos ρθ=. (I )说明1C 是哪种曲线,并将1C 的方程化为极坐标方程;(II )直线3C 的极坐标方程为0=a θ,其中0a 满足0tan =2a ,若曲线1C 与2C 的公共点都在3C 上,求a . 【解析】(1)cos 1sin x a t y a t=⎧⎨=+⎩(t 均为参数)∴()2221x y a +-= ①∴1C 为以()01,为圆心,a 为半径的圆.方程为222210x y y a +-+-= ∵222sin x y y ρρθ+==,,∴222sin 10a ρρθ-+-= 即为1C 的极坐标方程 (2)24cos C ρθ=:,两边同乘ρ得22224cos cos x y x ρρθρρθ==+=,224x y x ∴+=即()2224x y -+=②3C :化为普通方程为2y x =,由题意:1C 和2C 的公共方程所在直线即为3C①—②得:24210x y a -+-=,即为3C ∴210a -=,∴1a =6.(2016年全国II )在直角坐标系xOy 中,圆C 的方程为()22625x y ++=.(I )以坐标原点为极点,x 轴正半轴为极轴建立极坐标系,求C 的极坐标方程;(II )直线l 的参数方程是cos sin x t y t αα=⎧⎨=⎩(t 为参数),l 与C 交于A 、B 两点,AB =l 的斜率.【解析】(Ⅰ)整理圆的方程得2212110x y +++=,由222cossinx yxyρρθρθ⎧=+⎪=⎨⎪=⎩可知圆C的极坐标方程为212cos110ρρθ++=.(Ⅱ)记直线的斜率为k,则直线的方程为0kx y-=,=即22369014kk=+,整理得253k=,则k=.7.(2016年全国III)在直角坐标系xOy中,曲线1C的参数方程为sinxyαα⎧=⎪⎨=⎪⎩(α为参数),以坐标原点为极点,以x轴的正半轴为极轴,建立极坐标系,曲线2C的极坐标方程为sin()4ρθπ+=(Ⅰ)写出1C的普通方程和2C的直角坐标方程;(Ⅱ)设点P在1C上,点Q在2C上,求||PQ的最小值及此时P的直角坐标.所以OAB∆面积的最大值为2+.【解析】(Ⅰ)1C的普通方程为2213xy+=,2C的直角坐标方程为40x y+-=.(Ⅱ)由题意,可设点P的直角坐标为,sin)αα,因为2C是直线,所以||PQ的最小值,即为P到2C的距离()dα的最小值,()sin()2|3dπαα==+-.当且仅当2()6k k Zπαπ=+∈时,()dα,此时P的直角坐标为31(,)22.8.(2015新课标Ⅰ)在直角坐标系xOy中,直线1C:2x=-,圆2C:22(1)(2)1x y-+-=,以坐标原点为极点,x轴的正半轴为极轴建立极坐标系.(Ⅰ)求1C,2C的极坐标方程;(Ⅱ)若直线3C的极坐标方程为()4Rπθρ=∈,设2C与3C的交点为M,N,求2C MN∆的面积.【解析】(Ⅰ)因为cos,sinx yρθρθ==,∴1C的极坐标方程为cos2ρθ=-,2C的极坐标方程为22cos4sin40ρρθρθ--+=.(Ⅱ)将=4πθ代入22cos4sin40ρρθρθ--+=,得240ρ-+=,解得1ρ=2ρ,|MN|=1ρ-2ρ,因为2C 的半径为1,则2C MN的面积o 11sin 452⨯=12. 9.(2015新课标Ⅱ)在直角坐标系xOy 中,曲线1C :cos ,sin ,x t y t αα=⎧⎨=⎩(t 为参数,t ≠0)其中0απ<≤,在以O 为极点,x 轴正半轴为极轴的极坐标系中,曲线2C :2sin ρθ=,3C:ρθ=. (Ⅰ)求2C 与3C 交点的直角坐标;(Ⅱ)若1C 与2C 相交于点A ,1C 与3C 相交于点B ,求||AB 的最大值.【解析】(Ⅰ)曲线2C 的直角坐标方程为2220x y y +-=,曲线3C 的直角坐标方程为220x y +-=.联立222220,0,x y y x y ⎧+-=⎪⎨+-=⎪⎩解得0,0,x y =⎧⎨=⎩或3,2x y ⎧=⎪⎪⎨⎪=⎪⎩所以2C 与1C 交点的直角坐标为(0,0)和3)22. (Ⅱ)曲线1C 的极坐标方程为(,0)R θαρρ=∈≠,其中0απ≤<. 因此A 得到极坐标为(2sin ,)αα,B的极坐标为,)αα.所以2sin AB αα=-4in()3s πα=-,当56πα=时,AB 取得最大值,最大值为4.五、巩固提高1、(2019届辽宁省大连市高三下学期第一次(3月)双基测试数学试题)在平面直角坐标系中,曲线的参数方程为(为参数且)曲线的参数方程为(为参数,且),以为极点,轴的正半轴为极轴建立极坐标系,曲线的极坐标方程为:,曲线的极坐标方程为.(1)求与的交点到极点的距离;(2)设与交于点,与交于点,当在上变化时,求的最大值.解:(1)联立曲线的极坐标方程得:,解得,即交点到极点的距离为.(2)曲线的极坐标方程为,曲线的极坐标方程为联立得即曲线与曲线的极坐标方程联立得,即,所以,其中的终边经过点,当,即时,取得最大值为.2、点是曲线:上的动点,以坐标原点为极点,轴的正半轴为极轴建立极坐标系,以极点为中心,将点逆时针旋转得到点,设点的轨迹为曲线.(1)求曲线,的极坐标方程;(2)射线,()与曲线,分别交于两点,设定点,求的面积.【试题来源】2019届陕西省宝鸡中学高三第二次模拟考试数学(理)试题试题解析:(Ⅰ)曲线的极坐标方程为.设,则,则有.所以,曲线的极坐标方程为.(Ⅱ)到射线的距离为,,则.3、以坐标原点为极点,轴正半轴为极轴建立极坐标系,曲线的极坐标方程是.(1)求曲线的直角坐标方程;(2)设过点且倾斜角为的直线和曲线交于两点,,求的值.【试题来源】2019届陕西省咸阳市高三高考模拟检测(二)数学(理)试题(1)由得,将代入得,即为曲线的直角坐标方程.(2)依题意得直线(为参数),与椭圆联立得.即,可得,,.,4、在极坐标系中,已知圆经过点,圆心为直线与极轴的交点,求圆的极坐标方程.【试题来源】2018届江苏省苏锡常镇高三3月教学情况调研(一)数学试题试题解析:在中,令,得,所以圆的圆心的极坐标为.因为圆的半径,于是圆过极点,所以圆的极坐标方程为.5、在平面直角坐标系中,以坐标原点为极点,x轴的非负半轴为极轴建立极坐标系,已知曲线C的极坐标方程为,它在点处的切线为直线l.(1)求直线l的直角坐标方程;(2)设直线l与的交点为P1,P2,求过线段P1P2的中点且与l垂直的直线的极坐标方程.【试题来源】2018-2019学年江西省南昌市第二中学高二上学期期中考试数学(文)试题(1)∵曲线的极坐标方程为,∴,∴曲线的直角坐标方程为,又的直角坐标为(2,2),∵,∴.∴曲线在点(2,2)处的切线方程为,即直线的直角坐标方程为.(2)妨设P1(1,0),P2(0,-2),则线段P1P2的中点坐标所求直线斜率为k于是所求直线方程为y+1化为极坐标方程,并整理得2ρcosθ+4ρsinθ=-3,即ρ6、在平面直角坐标系中,直线,以坐标原点为极点,轴非负半轴为极轴的极坐标系中,曲线的极坐标方程为,直线与曲线相交于两点.(1)求曲线的直角坐标方程,以及的取值范围;(2)若过原点的直线交曲线于两点,求的最大值.【试题来源】2019届重庆市第一中学校高三3月月考数学(理)试题(1)将代入,曲线的直角坐标方程:,由于直线过圆内定点,注意直线的斜率一定存在,所以.(2)设过原点的直线的极角为,则,,所以的最大值为.7、在极坐标系中,极点为,已知曲线:与曲线:交于不同的两点,.(1)求的值;(2)求过点且与直线平行的直线的极坐标方程.【试题来源】2018-2019学年江西省南昌市第二中学高二上学期期中考试数学(理)试题试题解析:(1)∵,∴,又∵,可得,∴,圆心(0,0)到直线的距离为∴.(2)∵曲线的斜率为1,∴过点且与曲线平行的直线的直角坐标方程为,∴直线的极坐标为,即.8、平面直角坐标系中,是过定点且倾斜角为的直线,在极坐标系(以坐标原点为极点,以轴非负半轴为极轴,取相同单位长度)中,曲线的极坐标方程为.(1)写出直线的参数方程,并将曲线的方程为化直角坐标方程;(2)若曲线与直线相交于不同的两点,求的取值范围。