专题21 坐标系与参数方程命题猜想-2017年高考数学理命
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专题21 坐标系与参数方程(命题猜想) 2017年高考数学(理)命题猜想与仿真押题
【命题热点突破一】极坐标系与简单曲线的极坐标方程
例1、【2016年高考北京理数】在极坐标系中,直线cos sin 10ρθθ-=与圆2cos ρθ=交于A ,B 两点,则||AB =______. 【答案】2
【解析】直线10x -=过圆22(1)1x y -+=的圆心,因此 2.AB =
【变式探究】2015·全国卷] 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的极坐标方程是θ=π
4(ρ∈R ),设C 2与C 3的交点为M ,N ,求△C 2MN 的面积.
【特别提醒】根据直角坐标化为极坐标的公式,可以把直线、曲线的直角坐标方程化为极坐标方程,反之亦然.使用直线、曲线的直角坐标方程和极坐标方程解题各有利弊,要根据情况灵活选取. 【变式探究】
在直角坐标系xOy 中,曲线C :⎩
⎪⎨⎪⎧x =2t ,
y =4t 2
-6(t 为参数).以原点为极点,x 轴的正半轴为极轴建立极坐标系,直线l 的极坐标方程为θ=π
3(ρ∈R ),l 与C 相交于A ,B 两点. (1)写出直线l 的参数方程和曲线C 的普通方程; (2)设线段AB 的中点为M ,求点M 的极坐标. 解:(1)直线l 的直角坐标方程为y =3x ,
则直线l 的参数方程为⎩⎪⎨⎪
⎧x =12t ,
y =32t
(t 为参数).
曲线C 的普通方程为y =x 2-6.
(2)设A ,B 两点对应的参数分别为t 1
,t 2
,将⎩⎪⎨⎪
⎧x =12t ,
y =3
2t ,
代入y =x 2
-6,得t 2
-2
3t -24=0,
∴Δ=108>0,t 1+t 2=2
3,
∴t 1+t 2
2=3,即点M 所对应的参数为3, ∴点M 的直角坐标为(32,3
2), ∴点M 的极坐标为(3,π
3).
【命题热点突破二】简单曲线的参数方程
例2、【2016高考新课标1卷】(本小题满分10分)选修4—4:坐标系与参数方程 在直角坐标系x O y 中,曲线C 1的参数方程为cos 1sin x a t
y 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C 2:ρ=4cos θ. (I )说明C 1是哪一种曲线,并将C 1的方程化为极坐标方程;
(II )直线C 3的极坐标方程为0θα=,其中0α满足tan 0α=2,若曲线C 1与C 2的公共点都在C 3上,求a .
【答案】(I )圆,222sin 10a ρρθ-+-=(II )1
【解析】解:(Ⅰ)消去参数得到1C 的普通方程222)1(a y x =-+.
1C 是以)1,0(为圆心,为半径的圆.
将θρθρsin ,cos ==y x 代入1C 的普通方程中,得到1C 的极坐标方程为
01sin 222=-+-a θρρ.
(Ⅱ)曲线21,C C 的公共点的极坐标满足方程组
⎩
⎨
⎧==-+-,cos 4,
01sin 222θρθρρa 若0≠ρ,由方程组得01cos sin 8cos 1622
=-+-a θθθ,由已知2tan =θ,
可得0cos sin 8cos
162
=-θθθ,从而012=-a ,解得1-=a (舍去),1=a .
1=a 时,极点也为21,C C 的公共点,在3C 上.所以1=a .
【变式探究】已知直线l 经过点P(1,1),倾斜角α=π
6. (1)写出直线l 的参数方程;
(2)设l 与圆⎩⎪⎨⎪
⎧x =2cos θ,y =2sin θ
(θ为参数)相交于A ,B 两点,求点P 到A ,B 两点的距离之积.
【特别提醒】直线的参数方程⎩⎪⎨⎪
⎧x =x 0+t cos α,y =y 0+t sin α
(其中t 为参数,α为直线的倾斜角)中t 的几何意
义是点P(x 0,y 0)到参数t 对应的点的有向线段的数量,解题中注意使用直线参数方程的几何意义,同时注意直线的参数方程中t 的系数是否符合上述参数方程. 【变式探究】
已知椭圆C :x 24+y 2
3=1,直线l :⎩⎨⎧x =-3+3t ,y =2 3+t
(t 为参数).
(1)写出椭圆C 的参数方程及直线l 的普通方程;
(2)设A(1,0),若椭圆C 上的点P 满足到点A 的距离与其到直线l 的距离相等,求点P 的坐标.
解:(1)C :⎩⎨⎧x =2cos θ,y =3sin θ
(θ为参数),l :x -3y +9=0.
(2)设P(2cos θ,3sin θ),则|AP|=(2cos θ-1)2+(3sin θ)2=2-cos θ, P 到直线l 的距离d =|2cos θ-3sin θ+9|2=2cos θ-3sin θ+9
2
. 由|AP|=d 得3sin θ-4cos θ=5,又sin 2θ+cos 2θ=1,得sin θ=35,cos θ=-45.故P(-85,3 35). 【命题热点突破三】极坐标与参数方程的综合
例3、【2016高考新课标2理数】选修4—4:坐标系与参数方程 在直角坐标系xOy 中,圆C 的方程为22(6)25x 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)直线的参数方程是cos sin x t y t αα
=⎧⎨=⎩(为参数),与C 交于,A B 两点,||AB =,求的斜
率.
【答案】(Ⅰ)212cos 110ρρθ++=;(Ⅱ)3
±
.
【变式探究】已知平面直角坐标系xOy 中,以O 为极点,x 轴的正半轴为极轴建立极坐标系,P 点的极坐标为(4
3,π
6),曲线C 的极坐标方程为ρ2+4
3ρsin θ=4.
(1)写出点P 的直角坐标及曲线C 的普通方程;
(2)若Q 为C 上的动点,求PQ 中点M 到直线l :⎩
⎪⎨⎪⎧x =3+2t ,
y =-2+2t (t 为参数)距离的最大值.
解:(1)x =ρcos θ=6,y =ρsin θ=2 3,
∴点P 的直角坐标为(6,2 3).
由ρ2+4
3ρsin θ=4得x 2+y 2+4 3y =4,即x 2+(y +2 3)2=16,
∴曲线C 的普通方程为x 2+(y +2
3)2=16.
【特别提醒】在极坐标与参数方程综合的试题中,一个基本的思路是把极坐标方程化为直角坐标方程、参数方程化为普通方程,然后使用我们熟悉的平面解析几何知识解决问题. 【变式探究】
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,两种坐标系取相同的
单位长度.已知圆C 的参数方程是⎩
⎪⎨⎪⎧x =2cos φ,
y =1+2sin φ(φ为参数),直线l 的极坐标方程是2ρcos θ+ρsin
θ=6.
(1)求圆C 的极坐标方程;
(2)过圆C 上任意一点P 作与l 夹角为45°的直线,交l 于点Q ,求|PQ|的最大值与最小值. 解:(1)圆C 的普通方程为x 2+(y -1)2=4,∴圆C 的极坐标方程为ρ2-2ρsin θ-3=0. (2)直线l 的直角坐标方程为2x +y -6=0.
圆上点P(2cos φ,1+2sin φ)到直线l 的距离为d ,则d =|4cos φ+2sin φ-5|
5=
|2 5sin (φ+γ)-5|
5,
∴|PQ|max =2
2+10,|PQ|min =10-2
2.
【高考真题解读】
1.【2016年高考北京理数】在极坐标系中,直线cos sin 10ρθθ-=与圆2cos ρθ=交于A ,B 两点,则||AB =______. 【答案】2
【解析】直线10x -=过圆22(1)1x y -+=的圆心,因此 2.AB = 2.【2016高考新课标1卷】(本小题满分10分)选修4—4:坐标系与参数方程
在直角坐标系x O y 中,曲线C 1的参数方程为cos 1sin x a t
y 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C 2:ρ=4cos θ. (I )说明C 1是哪一种曲线,并将C 1的方程化为极坐标方程;
(II )直线C 3的极坐标方程为0θα=,其中0α满足tan 0α=2,若曲线C 1与C 2的公共点都在C 3上,求a .
【答案】(I )圆,222sin 10a ρρθ-+-=(II )1
【解析】解:(Ⅰ)消去参数得到1C 的普通方程222)1(a y x =-+.
1C 是以)1,0(为圆心,为半径的圆.
将θρθρsin ,cos ==y x 代入1C 的普通方程中,得到1C 的极坐标方程为
01sin 222=-+-a θρρ.
3.【2016高考新课标2理数】选修4—4:坐标系与参数方程 在直角坐标系xOy 中,圆C 的方程为22(6)25x 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)直线的参数方程是cos sin x t y t αα
=⎧⎨=⎩(为参数),与C 交于,A B 两点,||AB =,求的斜
率.
【答案】(Ⅰ)212cos 110ρρθ++=;(Ⅱ)3
±
. 【解析】(I )由cos ,sin x y ρθρθ==可得C 的极坐标方程212cos 110.ρρθ++=
(II )在(I )中建立的极坐标系中,直线的极坐标方程为()R θαρ=∈ 由,A B 所对应的极径分别为12,,ρρ将的极坐标方程代入C 的极坐标方程得
212cos 110.ρρα++=
于是121212cos ,11,ρραρρ+=-=
12||||AB ρρ=-==
由||AB =2
3cos
,tan 8αα==,
所以的斜率为
3或3
-. 4.【2016高考新课标3理数】(本小题满分10分)选修4-4:坐标系与参数方程
在直角坐标系xOy 中,曲线1C 的参数方程为()sin x y ααα
⎧⎪
⎨=⎪⎩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()4
ρθπ
+=
(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.
【答案】(Ⅰ)1C 的普通方程为2
213
x y +=,2C 的直角坐标方程为40x y +-=;(Ⅱ)31(,)22.
1.(2015·广东,14)已知直线l 的极坐标方程为2ρsin ⎝⎛⎭⎫θ-π4=2,点A 的极坐标为A ⎝⎛⎭
⎫22,7π
4,
则点A 到直线l 的距离为________.
解析 依题已知直线l :2ρsin ⎝⎛⎭⎫θ-π4=2和点A ⎝⎛⎭
⎫22,7π
4可化为l :x -y +1=0和A (2,-2),
所以点A 到直线l 的距离为d =|2-(-2)+1|12+(-1)2
=52
2.
答案
52
2
2.(2015·北京,11)在极坐标系中,点⎝⎛⎭
⎫2,π
3到直线ρ(cos θ+3sin θ)=6的距离为________.
解析 在平面直角坐标系下,点⎝⎛⎭
⎫2,π
3化为(1,3),直线方程为:x +3y =6,∴点(1,3)
到直线的距离为d =|1+3×3-6|2=|-2|
2=1.
答案 1
3.(2015·安徽,12)在极坐标系中,圆ρ=8sin θ上的点到直线θ=π
3(ρ∈R )距离的最大值是
________.
4.(2015·江苏,21)已知圆C 的极坐标方程为ρ2+22ρsin ⎝⎛⎭
⎫θ-π
4-4=0,求圆C 的半径.
解 以极坐标系的极点为平面直角坐标系的原点O ,以极轴为x 轴的正半轴,建立直角坐标系xOy .
圆C 的极坐标方程为 ρ2+22ρ⎝⎛
⎭
⎫22sin θ-22cos θ-4=0,
化简,得ρ2+2ρsin θ-2ρcos θ-4=0.
则圆C 的直角坐标方程为x 2+y 2-2x +2y -4=0, 即(x -1)2+(y +1)2=6, 所以圆C 的半径为 6.
5.(2015·新课标全国Ⅰ,23)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=π
4(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=π
4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C 2的半径为1,所以△C 2MN 为等腰直角三角形,
所以△C 2MN 的面积为1
2
.
6.(2015·福建,21(2))在平面直角坐标系xOy 中,圆C 的参数方程为13cos ,
23sin x t y t
=+⎧⎨
=-+⎩ (t 为参
数).在极坐标系(与平面直角坐标系xOy 取相同的长度单位,且以原点O 为极点,以x 轴非负半轴为极轴)中,直线l 的方程为2ρsin ⎝⎛⎭
⎫θ-π
4=m (m ∈R ).
①求圆C 的普通方程及直线l 的直角坐标方程; ②设圆心C 到直线l 的距离等于2,求m 的值.
7.(2015·湖南,16Ⅱ)已知直线l
:2,12
x y t ⎧=+⎪⎪⎨⎪=⎪⎩(t 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,曲线C 的极坐标方程为ρ=2cos θ. (1)将曲线C 的极坐标方程化为直角坐标方程;
(2)设点M 的直角坐标为(5,3),直线l 与曲线C 的交点为A ,B ,求|MA |·|MB |的值. 解 (1)ρ=2cos θ等价于ρ2=2ρcos θ.①
将ρ2=x 2+y 2,ρcos θ=x 代入①即得曲线C 的直角坐标方程为x 2+y 2-2x =0.②
(2)
将2,212
x t y t ⎧=+⎪⎪⎨⎪=⎪⎩代入②式,得t 2+53t +18=0. 设这个方程的两个实根分别为t 1,t 2,则由参数t 的几何意义即知, |MA |·|MB |=|t 1t 2|=18.
1. 【2014高考安徽卷理第4题】以平面直角坐标系的原点为极点,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,已知直线的参数方程是1
3
x t y t =+⎧⎨=-⎩(为参数),圆C
的极坐标方程是θρcos 4=,则直线被圆C 截得的弦长为( ) A.14 B.142 C.2 D.22 【答案】
D
2. 【2014高考北京卷理第3题】曲线1cos 2sin x y θ
θ=-+⎧⎨==⎩
,(为参数)的对称中心( )
A .在直线2y x =上
B .在直线2y x =-上
C .在直线1y x =-上
D .在直线1y x =+上 【答案】B
【解析】参数方程⎩⎨⎧+=+-=θ
θ
sin 2cos 1y x 所表示的曲线为圆心在)2,1(-,半径为1的圆,其对称中心
为)2,1(-,逐个代入选项可知,点)2,1(-满足x y 2-=,故选B.
3. 【2014高考湖北卷理第16题】已知曲线1C 的参数方程是⎪⎩
⎪
⎨⎧=
=33t y t x ()为参数t ,以坐标原
点为极点,轴的正半轴为极轴建立极坐标系,曲线2C 的极坐标方程是2=ρ,则1C 与2C 交点的直角坐标为 . 【答案】)1,3( 【解析】
由⎪⎩
⎪⎨⎧=
=33t y t x 消去得)0,0(322≥≥=y x y x ,由2=ρ得42
2=+y x ,解方程组⎪⎩⎪⎨⎧==+2
22
234y x y x 得1C 与2C 的交点坐标为)1,3(.
4. 【2014高考湖南卷第11题】在平面直角坐标系中,倾斜角为
4
π
的直线与曲线2cos 1sin x C y α
α
=+⎧⎨
=+⎩:,(α为参数)交于A 、B 两点,且2AB =,以坐标原点O 为极点,轴正半轴为极轴建立极坐标系,则直线的极坐标方程是________. 【答案】()cos sin 1ρθθ-=
5.【2014江西高考理第12题】若以直角坐标系的原点为极点,轴的非负半轴为极轴建立极坐标系,则线段()101y x x =-≤≤的极坐标为( ) A.1,0cos sin 2πρθθθ=
≤≤+ B.1,0cos sin 4
π
ρθθθ=≤≤+
C.cos sin ,02
π
ρθθθ=+≤≤ D.cos sin ,04
π
ρθθθ=+≤≤
【答案】A
【解析】根据cos ,sin ,0,[0,2]x y ρθρθρθπ==>∈,()101y x x =-≤≤得:
[0,1],sin 1cos ,(0cos 1,0sin 1,)y ρθρθρθρθ∈=-≤≤≤≤解得
1,0cos sin 2
π
ρθθθ=
≤≤+,选A.
6. 【2014重庆高考理第15题】已知直线的参数方程为⎩
⎨⎧+=+=t y t x 32(为参数),以坐标原点为极
点,轴的正半轴为极轴建立极坐标系,曲线C 的极坐标方程为
()2sin 4cos 00,02ρθθρθπ-=≥≤<,则直线与曲线C 的公共点的极径=ρ________.
【解析】由参数方程23x t
y t
=+⎧⎨
=+⎩消法参数得直线的一般式方程为:10x y -+= (1)
由曲线的极坐标方程2sin 4cos 0ρθθ-=两边同乘以ρ得,22sin 4cos 0ρθρθ-=,所以,曲线C 在直角坐标系下的方程为24y x = (2)
解由方程(1)(2)能成的方程级得1
2
x y =⎧⎨
=⎩
所以,直线10x y -+=与曲线24C y x =:的交点坐标为()12,,极径
ρ==
7. 【2014陕西高考理第15题】在极坐标系中,点(2,)6π
到直线sin()16
π
ρθ-=的距离
是 . 【答案】1
8. 【2014天津高考理第13题】在以O 为极点的极坐标系中,圆4sin r q =和直线sin a r q =相交于,A B 两点.若AOB D 是等边三角形,则的值为___________. 【答案】3.
【解析】圆的方程为()2
2
24x y +-=,直线为y a =.
AOB D 是等边三角形,∴其中一
个交点坐标为
,代入圆的方程可得3a =.
9.【2014高考福建理第21(2)题】 已知直线的参数方程为⎩⎨⎧-=-=t
y t
a x 42,(为参数),圆C 的
参数方程为
⎩
⎨⎧==θθ
sin 4cos 4y x ,(为常数).
(I )求直线和圆C 的普通方程;
(II )若直线与圆C 有公共点,求实数的取值范围.
【答案】(I )220x y a --=,2216x y +=;(II )a -≤
10. 【2014高考江苏第21C 题】在平面直角坐标系xoy 中,
已知直线的参数方程122
x y ⎧
=⎪⎪
⎨
⎪=+⎪⎩
(为参数),直线与抛物线24y x =相交于AB 两点,求线段AB 的长.
【答案】【解析】直线的普通方程为1(2)0x y -+-=,即3y x =-,与抛物线方程联立方程组解得
111,2,x y =⎧⎨
=⎩229,6
x y =⎧⎨
=-⎩
,∴AB ==11. 【2014高考辽宁理第23题】将圆221x y +=上每一点的横坐标保持不变,纵坐标变为原来的2倍,得曲线C . (Ⅰ)写出C 的参数方程;
(Ⅱ)设直线:220l x y +-=与C 的交点为12,P P ,以坐标原点为极点,x 轴正半轴为极坐标建立极坐标系,求过线段12PP 的中点且与垂直的直线的极坐标方程.
【答案】(1)cos 2sin x t y t ⎧⎨⎩
== (t 为参数);(2) 34sin 2cos ρθθ=-.
【解析】(1)设11(,)x y 为圆上的点,在已知变换下位C 上点(x ,y ),依题意,得1
1
2x x y y =⎧⎨
=⎩ 由
2
21
1
1x y += 得2
2()12y x +=,即曲线C 的方程为22
14
y x +
=.,故C 得参数方程
为 cos 2sin x t
y t
⎧⎨
⎩== (t 为参数).
(2)由2
214
220
y x x y ⎧+
=⎪⎨⎪+-=⎩
解得:10x y =⎧⎨=⎩,或02x y =⎧⎨=⎩. 不妨设12(1,0),(0,2)P P ,则线段12PP 的中点坐标为1
(,1)2,所求直线的斜率为12
k =,于是所求直线方程为11
1()22
y x -=
-,化极坐标方程,并整理得 2cos 4sin 3ρθρθ-=-,即3
4sin 2cos ρθθ
=
-. 12. 【2014高考全国1第23题】已知曲线22
1:149x y C +=,直线:2,22,
x t y t =+⎧⎨=-⎩(为参数).
(I )写出曲线C 的参数方程,直线的普通方程;
(II )过曲线C 上任意一点P 作与夹角为30︒的直线,交于点A ,PA 的最大值与最小值.
【答案】(I )2cos ,3sin ,
x y θθ=⎧⎨=⎩260x y +-=;
(II
)最大值为5
,最小值为5. 【解析】
(I )曲线C 的参数方程为2cos ,
3sin ,x y θθ=⎧⎨=⎩
(为参数).直线的普通方程为260x y +-=.
(II )曲线C 上任意一点(2cos ,3sin )P θθ
到的距离为3sin 6d θθ=
+-.则
)6sin 30d PA θα=
=+-.其中α为锐角,且4tan 3α=. 当sin()1θα+=-时,PA
取到最大值,最大值为
5
. 当sin()1θα+=时,PA
取到最小值,最小值为
5
. 13. 【2014高考全国2第23题】在直角坐标系xoy 中,以坐标原点为极点,x 轴为极轴建立极坐标系,半圆C 的极坐标方程为2cos ρθ=,
0,2πθ⎡⎤∈⎢⎥
⎣⎦
. (Ⅰ)求C 的参数方程;
(Ⅱ)设点D 在C 上,C 在D 处的切线与直线:2l y =+垂直,根据(Ⅰ)中你得到的参数方程,确定D 的坐标.
【答案】(Ⅰ)1cos ,(sin x y βββ=+⎧⎨
=⎩
是参数,0)βπ≤≤;(Ⅱ)3(2
14. 【2014高考上海理科】已知曲线C 的极坐标方程为1)sin 4cos 3(=-θθp ,则C 与极轴的交点到极点的距离是 . 【答案】
13
【解析】令0θ=,则(3cos0sin 0)1ρ-=,13ρ=
,所以所求距离为13
. (2013·新课标I 理)(23)(本小题10分)选修4—4:坐标系与参数方程
已知曲线C 1的参数方程为⎩⎨⎧
x =4+5cost
y =5+5sint
(t 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,曲线C 2的极坐标方程为ρ=2sin θ。
(Ⅰ)把C 1的参数方程化为极坐标方程; (Ⅱ)求C 1与C 2交点的极坐标(ρ≥0,0≤θ<2π) 【答案】(1)因为45cos 55sin x t
y t
=+⎧⎨
=+⎩,消去参数,得22(4)(5)25x y -+-=,即
22810160x y x y +--+=,
故1C 极坐标方程为28cos 10sin 160ρρθρθ--+=;
(2)2C 的普通方程为2220x y y +-=,联立1C 、2C 的方程,解得11x y =⎧⎨=⎩或0
2x y =⎧⎨=⎩
,所以
交点的极坐标为),(2,)42
π
π
.
【解析】(1)先得到C1的一般方程,进而得到极坐标方程;(2)先联立求出交点坐标,进而求出极坐标.。