四渐开线与摆线
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4-4渐开线与摆线
曲齿
摆线应用
人字齿
摆线应用
相交轴齿轮传动机构(圆锥齿轮传动机构) 相交轴齿轮传动机构(圆锥齿轮传动机构)
直齿
摆线应用
斜齿
摆线应用
曲线齿
摆线应用
准双曲面齿轮
y
M O D
ϕC
A
B
E
设开始时定点M 在原点,圆滚动了ϕ角后与x轴 相切于点A,圆心在点B。 从点M 分别做AB,x轴的垂线,垂足分别是C,D。
x
探究新知
3、摆线的参数方程 设点M 的坐标为( x, y ), 取ϕ为参数,根据点M 满足
的几何条件,有
x = OD = OA − DA = OA − MC = rϕ − r sinϕ,
y = DM = AC = AB − CB = r − r cos ϕ .
所以,摆线的参数方程为: 所以,摆线的参数方程为:
x = r (ϕ − sin ϕ ), (ϕ为参数) y = r (1 − cos ϕ ).
探究新知
3、摆线的参数方程
M O y
ϕ
B
A
M O D
ϕC
A
B
E
x
摆线的参数方程为: 摆线的参数方程为: x = r (ϕ − sin ϕ ), (ϕ为参数) y = r (1 − cos ϕ ).
x = r (cos ϕ + ϕ sin ϕ ) 解得 (ϕ是参数)。 y = r (sin ϕ − ϕ cos ϕ )
y M B
2、渐开线的参数方程
这就是圆的渐开线的参数方程。 这就是圆的渐开线的参数方程。 圆的渐开线的参数方程
ϕ
O A
新知运用
由于渐开线齿行的齿轮磨损少,传动平稳, 由于渐开线齿行的齿轮磨损少,传动平稳, 制造安装较为方便, 制造安装较为方便,因此大多数齿轮采用 这种齿形。 这种齿形。 设计加工这种齿轮, 设计加工这种齿轮,需要借助圆的渐开线 方程。 方程。 在机械工业中,广泛地使用齿轮传递动力。 在机械工业中,广泛地使用齿轮传递动力。
第二讲 四渐开线与摆线
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解析:所给的圆的渐开线的参数方程可化为 x=3cos φ+φsin φ, π 所以基圆半径 r=3.然后把 φ= 2 y=3sin φ-φcos φ,
代入方程,可得 y = 3 sin
3π x= 2 , 即 y=3.
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利用向量来建立摆线的参数方程. 解析:如图所示,设半径为a的圆在x轴上滚动,开始时 定点M在原点O处.取圆滚动时转过的角度 (以弧度为单位) 为参数.当圆滚过φ角时,圆心为点B,圆与x轴的切点为A, 定点M的位置如图所示,∠ABM= .
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4.基圆半径为 1 的渐开线方程是____________.
x=cos φ+φsin 5. 已知圆的渐开线的参数方程是 y=sin φ-φcos
φ, φ
(φ
为参数),则此渐开线对应的基圆的直径是________,当参数 π φ= 时,对应的曲线上的点的坐标为________________. 4
,再代入求出x值.
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解析: (1)圆 C 平移后圆心为 O(0,0), 它到直线 x-y-6 2 6 2 =0 的距离为 d= =6,恰好等于圆的半径,所以直线和 2 圆是相切的. (2) 由 于 圆 的 半 径 是 6 , 所 以 可 得 摆 线 方 程 是 x=6φ-6sin φ, (φ 为参数). y=6-6cos φ (3) 令 y = 0 , 得 6 - 6cos φ = 0 ⇒ cos φ = 1 , ∴φ = 2kπ(k∈Z).代入 x=6φ-6sin φ,得 x=12kπ(k∈Z),即圆的 摆线和 x 轴的交点为(12kπ,0)(k∈Z).
20-21版:四 渐开线与摆线(步步高)
(φ是参数) .
2 题型探究
PART TWO
一、圆的渐开线
例1 求半径为4的圆的渐开线的参数方程.
反思 感悟
圆的渐开线的参数方程中,字母r表示基圆的半径,字母φ是指绳子外端运动时 绳子上的定点M相对于圆心的张角.
跟踪训练1
已知圆的渐开线方程为
x=cos
φsin
30°+φsin
φsin
30°,
本课结束
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φ, φ
(φ 为参数). ∴基圆半径 r=12.
当 φ=π 时,x=-12,y=π2,∴A 的直角坐标为-12,π2.
二、平摆线
例 2 已知一个圆的参数方程为x=3cos φ, (φ 为参数),那么此圆的摆线参数方程 y=3sin φ
中参数 φ=π2对应的点 A 与点 B32π,2之间的距离为___1_0__.
已知一个圆的摆线的参数方程是
x=3φ-3sin
φ, (φ为参数),则该摆线
y=3-3cos φ
一个拱的高度是__6__;一个拱的跨度为__6_π__.
解析 当φ=π时,y=3-3cos π=6为拱高; 当φ=2π时,x=3×2π-3sin 2π=6π为跨度.
3 随堂演练
PART THREE
1.圆
第二讲 参数方程
学习目标
XUEXIMUBIAO
1.了解圆的渐开线的参数方程. 2.了解摆线的生成过程及它的参数方程. 3.学习并体会用向量知识推导运动轨迹曲线的方法和步骤.
内容索引
NEIRONGSUOYIN
知识梳理 题型探究 随堂演练
1 知识梳理
PART ONE
知识点一 渐开线
1.圆的渐开线的定义 把线绕在圆周上,假设线的粗细可以忽略,拉着线头的外端点,保持线与圆相切, 外端点的轨迹就叫做圆的渐开线,相应的 定圆 叫做渐开线的基圆. 2.圆的渐开线的参数方程 设基圆的半径为r,圆的渐开线的参数方程是
第2讲-渐开线和摆线 共27页
即得 cos φ=1,所以 φ=2kπ(k∈Z).
课
代入 x=r(φ-sin φ),得 x=r(2kπ-sin 2kπ).又因为 x=2, 当
前
堂
自 主 导 学
所以 r(2kπ-sin 2kπ)=2,即得 r=k1π(k∈Z).
双 基 达 标
又由实际可知 r>0,所以 r=k1π(k∈N+).易知,当 k=1
当 堂 双
主
基
导 学
解参数方程的过程,可知其中的字母 r
达 标
是指基圆的半径,而参数 φ 是指绳子外
端运动时绳子与基圆的切点 B 转过的角
课
堂 互
度,如图,其中的∠AOB 即是角 φ.显然
课
动
时
探 究
点 M 由参数 φ 惟一确定.在我们解决有关问题时可以适当利
作 业
用其几何意义,把点的坐标转化为与三角函数有关的问题,使
φ, φ
(φ 为参数),
堂 双 基 达
学
分别把 φ=π3和 φ=π2代入,
标
课 堂 互
可得
A、B
两点的坐标分别为
3+ A( 6
3π,3
36-π),
课
动 探 究
B(π2,1).
时 作 业
菜单
新课标 ·数学 选修4-4
那么,根据两点之间的距离公式可得 A、B 两点的距离为
课
当
前 自 主 导
|AB|=
3+ 6
课 时 作 业
线)的生成过程;了解摆线在实际应用中的
实例.
菜单
新课标 ·数学 选修4-4
1.渐开线及其参数方程
课
当
前 自
(1)把线绕在圆周上,假设线的粗细可以忽略,拉着线头
人教版高中数学选修四教学课件-渐开线与摆线
探究一
探究二
探究三
12345
1.关于渐开线和摆线的叙述,正确的是( ) A.只有圆才有渐开线 B.渐开线和摆线的定义是一样的,只是绘图的方法不一样,所以才得到了不同的图 形 C.正方形也可以有渐开线 D.对于同一个圆,如果建立的平面直角坐标系的位置不同,画出的渐开线形状就不 同 解析:不仅圆有渐开线,其他图形如椭圆、正方形也有渐开线;渐开线和摆线的实 质是完全不一样的,因此得出的图形也不相同;对于同一个圆不论在什么地方建立 平面直角坐标系,画出的图形的大小和形状都是一样的,只是方程的形式及图形在 坐标系中的位置可能不同. 答案:C
12345
12345
12345
12345
1
2
3
2.摆线 圆的摆线就是一个圆沿着一条定直线无滑动地滚动时,圆周上一个定点的轨迹, 圆的摆线又叫旋轮线.
1
2
3
名师点拨
圆的渐开线和摆线的参数方程均不宜化为普通方程,普通方程既烦琐又没有实 际意义.
1
2
3
1
2
3
探究一
探究二
探究三
探究一
探究二
探究三
探究一
探究二பைடு நூலகம்
探究三
探究一
探究二
探究三
学习目标
思维脉络
1.借助教具或计算机软件,
观察圆在直线上滚动时圆上定
点的轨迹(平摆线)、直线在圆 上滚动时直线上定点的轨迹
(渐开线).知道平摆线和渐开线 的生成过程以及它们的参数方
程. 2.通过阅读材料,知道外摆线、
内摆线的生成过程;学会摆线
在实际应用中的实例.
1
2
3
1.渐开线 把一条没有弹性的细绳绕在一个圆盘上,在绳的外端系上一支铅笔,将绳子拉紧, 保持绳子与圆相切而逐渐展开,那么笔尖画出的曲线叫做圆的渐开线,相应的定圆 叫做渐开线的基圆.
四、渐开线与摆线
记∠AOM=θ,则∠OM1O1=∠M1OO1=θ,故∠M1O1A=∠M1OO1+∠OM1O1=2θ.
大圆圆弧 AM 的长为 l1=θ×1=θ,小圆圆弧 AM1 的长为 l2=2θ×12=θ,即 l1=l2,
∴小圆的两段圆弧 AM 与 AM1 的长相等,故点 M1 与点 M′重合,
即动点 M 在线段 MO 上运动,同理可知,此时点 N 在线段 OB 上运动. 点 A 在其他象限类似可得,M、N 的轨迹为相互垂直的线段. 观察各选项,只有选项 A 符合.故选 A.
P42
课堂练习
1.如图,有一标准的渐开线齿 轮,齿轮的齿廓线的基圆直 径是225mm,求齿廓线AB 所在的渐开线的参数方程.
的一周.点M,N在大圆内所绘出的图形大致是( A )
几何画板
分析:根据小圆与大圆半径1:2的关系,知小圆的周长为大圆的一半, 则小圆要转二圈,才刚好滚过大圆的内壁一周.若小圆转半圈, 则刚好是大圆的四分之一;小圆转一圈,刚好是大圆的二分之一.
一圈半
y
M
两圈 M
MN
2
N
N
半圈
一圈
x
2:1时 一个点的 内摆线 4:1时一个点的内摆线(星形线) P44
【解析】 如图,建立直角坐标系,由题意可知,小圆 O1 总与大圆 O 相内切, 且小圆 O1 总经过大圆的圆心 O.
设某时刻两圆相切于点 A,此时动点 M 所处位置为点 M′,
则大圆圆弧 AM 与小圆圆弧 AM 相等.
以切点 A 在劣弧 MB 上运动为例,记直线 OM 与此时小圆 O1 的交点为 M1,
e1 e2 ,即: BM // e2 .
讲授新课
2. 摆线
思考:
如果在自行车的轮子上喷一个白色 印记,那么当自行车在笔直的道路上行 驶时,白色印记会画出什么样的曲线?
大圆圆弧 AM 的长为 l1=θ×1=θ,小圆圆弧 AM1 的长为 l2=2θ×12=θ,即 l1=l2,
∴小圆的两段圆弧 AM 与 AM1 的长相等,故点 M1 与点 M′重合,
即动点 M 在线段 MO 上运动,同理可知,此时点 N 在线段 OB 上运动. 点 A 在其他象限类似可得,M、N 的轨迹为相互垂直的线段. 观察各选项,只有选项 A 符合.故选 A.
P42
课堂练习
1.如图,有一标准的渐开线齿 轮,齿轮的齿廓线的基圆直 径是225mm,求齿廓线AB 所在的渐开线的参数方程.
的一周.点M,N在大圆内所绘出的图形大致是( A )
几何画板
分析:根据小圆与大圆半径1:2的关系,知小圆的周长为大圆的一半, 则小圆要转二圈,才刚好滚过大圆的内壁一周.若小圆转半圈, 则刚好是大圆的四分之一;小圆转一圈,刚好是大圆的二分之一.
一圈半
y
M
两圈 M
MN
2
N
N
半圈
一圈
x
2:1时 一个点的 内摆线 4:1时一个点的内摆线(星形线) P44
【解析】 如图,建立直角坐标系,由题意可知,小圆 O1 总与大圆 O 相内切, 且小圆 O1 总经过大圆的圆心 O.
设某时刻两圆相切于点 A,此时动点 M 所处位置为点 M′,
则大圆圆弧 AM 与小圆圆弧 AM 相等.
以切点 A 在劣弧 MB 上运动为例,记直线 OM 与此时小圆 O1 的交点为 M1,
e1 e2 ,即: BM // e2 .
讲授新课
2. 摆线
思考:
如果在自行车的轮子上喷一个白色 印记,那么当自行车在笔直的道路上行 驶时,白色印记会画出什么样的曲线?
渐开线与摆线 课件
由于 r>0,则 cos φ=1,即 φ=2kπ(k∈Z).
代入 x=r(φ-sin φ),得 x=r(2kπ-sin 2kπ)(k∈Z).
因为 x=2,所以 r(2kπ-sin 2kπ)=2,
1
1
即得 r= (∈Z).又 r>0,所以 r= (∈N*).
π
π
1
易知,当 k=1 时,r 取最大值为 .
(∈Z).因为
2π
r 是圆的半径,所以 r>0.所以应有 k>0,且 k∈Z,即 k∈N*.所以所求摆
线的参数1
2π
(-sin),
(1-cos)
(为参数),其中 k∈N*.
6
故 A,B 两点之间的距离为
1
(13-6 3)π2 -6π-36 3 + 72.
6
反思由圆的半径准确写出对应的渐开线的参数方程是解题的关
键.
圆的摆线的参数方程及应用
【例2】 已知一个圆的摆线过一定点(2,0),请写出该圆半径最大
时摆线的参数方程以及对应的渐开线的参数方程.
= (-sin),
π
故所求的圆的摆线的参数方程为
1
= (-sin),
π
1
= (1-cos)
(为参数);
π
圆的渐开线的参数方程为
1
= (cos + sin),
π
1
= (sin-cos)
π
( 为参数).
易错辨析
易错点:考虑不全面而致错
【例3】 已知一个圆的摆线过定点(1,0),请写出该摆线的参数方
程.
错解在摆线的参数方程中,令r(1-cos φ)=0可得cos φ=1,所以φ=0,
代入 x=r(φ-sin φ),得 x=r(2kπ-sin 2kπ)(k∈Z).
因为 x=2,所以 r(2kπ-sin 2kπ)=2,
1
1
即得 r= (∈Z).又 r>0,所以 r= (∈N*).
π
π
1
易知,当 k=1 时,r 取最大值为 .
(∈Z).因为
2π
r 是圆的半径,所以 r>0.所以应有 k>0,且 k∈Z,即 k∈N*.所以所求摆
线的参数1
2π
(-sin),
(1-cos)
(为参数),其中 k∈N*.
6
故 A,B 两点之间的距离为
1
(13-6 3)π2 -6π-36 3 + 72.
6
反思由圆的半径准确写出对应的渐开线的参数方程是解题的关
键.
圆的摆线的参数方程及应用
【例2】 已知一个圆的摆线过一定点(2,0),请写出该圆半径最大
时摆线的参数方程以及对应的渐开线的参数方程.
= (-sin),
π
故所求的圆的摆线的参数方程为
1
= (-sin),
π
1
= (1-cos)
(为参数);
π
圆的渐开线的参数方程为
1
= (cos + sin),
π
1
= (sin-cos)
π
( 为参数).
易错辨析
易错点:考虑不全面而致错
【例3】 已知一个圆的摆线过定点(1,0),请写出该摆线的参数方
程.
错解在摆线的参数方程中,令r(1-cos φ)=0可得cos φ=1,所以φ=0,
人教版A版高中数学选修4-4渐开线与摆线
3.通过阅读材料,了解其他摆线(变幅平摆线、变幅渐开 线、外摆线、内摆线、环摆线)的生成过程;了解摆线在 实际中应用的实例(例如,最速降线是平摆线,椭圆是特殊 的内摆线——卡丹转盘,圆摆线齿轮与渐开线齿轮,收割 机、翻土机等机械装置的摆线原理与设计,星形线与公共 汽车门);了解摆线在刻画行星运动轨道中的作用.
【解】 (1)C1 是圆,C2 是直线.C1 的普通方程为 x2+y2=1,
圆心 C1(0,0),半径 r=1.
C2 的普通方程为 x-y+ 2=0.因为圆心 C1 到直线 x-y+
2=0 的距离为 1,所以 C2 与 C1 只有一个公共点.
x=cos θ (2)压缩后的参数方程分别为 C1′:y=12sin θ
(φ 为参数)
的右顶点,则常数 a 的值为________.
解析:直线
x=t, l:y=t-a
消去参数 t 后得 y=x-a.
椭圆
x=3cos φ, C:y=2sin φ
消去参数 φ 后得x92+y42=1.
又椭圆 C 的右顶点为(3,0),代入 y=x-a 得 a=3. 答案:3
的极坐标方程为 ρ=2 2sin(θ+π4). (1)写出直线 l 的普通方程和圆 C 的直角坐标方程; (2)判断直线 l 和圆 C 的位置关系.
解:(1)消去参数 t,得直线 l 的直角坐标方程为
y=2x-3;
ρ=2 2sin(θ+π4),即 ρ=2(sin θ+cos θ),两边同乘以 ρ 得 ρ2
的距离 d= 2 = 2, 2
【名师点评】 消去参数可得普通方程,在关于正弦余弦 函数时常利用平方和关系消参.
变式训练
5.直线yx==-1+1-4t 3t (t 为参数)被曲线 ρ= 2cos(θ+π4)所截 的弦长为多少?
参数方程四渐开线与摆线 课件
因此OM =OB+ BM =(2α-2sin α,2-2cos α)
=(2(α-sin α),2(1-cos α)).
动点M的坐标为(x,y),向量OM =(x,y)
所以xy==221α--csoins
α, α.
这就是所求摆线的参数方程.
(1)圆的摆线的实质是一个圆沿着一条定直线无滑动地 滚动时圆周上一个定点的轨迹.
[思路点拨] 利用向量知识和三角函数的有关知识求解.
[解] 当圆滚过α角时,圆心为点B,圆与x轴的切点为 A,定点M的位置如图所示,∠ABM=α.
由于圆在滚动时不滑动,因此线段OA的长和圆弧 AM 的 长相等,它们的长都等于2α,从而B点坐标为(2α,2),
向量OB=(2α,2), 向量 MB=(2sin α,2cos α), BM =(-2sin α,-2cos α),
(2)根据圆的摆线的定义和建立参数方程的过程,可知 其中的字母r是指定圆的半径,参数φ是指圆上定点相对于 某一定点运动所张开的角度大小.来自又OM =(x,y),
因此有xy==44scions
θ+θsin θ-θcos
θ, θ.
这就是所求圆的渐开线的参数方程.
圆的渐开线的参数方程中,字母r表示基圆的半径, 字母φ是指绳子外端运动时绳子上的定点M相对于圆心 的张角;另外,渐开线的参数方程不宜化为普通方程.
圆的摆线的参数方程 [例2] 求半径为2的圆的摆线的参数方程.(如图所示,开 始时定点M在原点O处,取圆滚动时转过的角度α,(以弧度为单 位)为参数)
1.渐开线的产生过程 把一条没有弹性的细绳绕在一个圆盘上,在绳的外端
系上一支铅笔,将绳子拉紧,保持绳子与圆相切,逐渐展 开,那么铅笔画出的曲线就是圆的__渐__开__线___,相应的定圆 叫做__基__圆__.__
高考数学平摆线和渐开线
§4 平摆线和渐开线
自主预习
讲练互动
课堂达标
1.平摆线定义
一个圆在平面上沿着一条直线无滑动地滚动时,我们把 圆周上一定点的运动轨迹叫作_平__摆__线__ (或旋轮线). 当圆滚动半周时,过定点M的半径转过的角度是π,点M 到达最高点(_π_r_,__2_r_) ,再滚动半周,点M到达(_2_π_r_,__0_) , 这时圆周和x轴又相切于点M,得到平摆线的一拱.圆滚 动一周时,平摆线出现一个周期. 平摆线上点的纵坐标最大值是_2_r_,最小值是_0_,即平 摆线的拱高为_2_r _.
=(4(cos θ+θsin θ),4(sin θ-θcos θ)).
又O→M=(x,y),因此有xy==44((csions
θ+θsin θ-θcos
θ), θ)
这就是所求圆的渐开线的参数方程.
自主预习
讲练互动
课堂达标
【反思感悟】 关键根据渐开线的生成过程,归结到向量知 识和三角的有关知识建立等式关系. 用向量方法建立运动轨迹曲线的参数方程的过程和步骤: (1)建立合适的坐标系,设轨迹曲线上的动点为 M(x,y). (2)取定运动中产生的某一角度为参数. (3)用三角、几何知识写出相关向量的坐标表达式. (4)用向量运算得到O→M的坐标表达式,由此得到轨迹曲线的 参数方程.
课堂达标
题型一 平摆线 在分析平摆线上动点满足的几何条件时,关键是正确理解 “一个圆沿一条定直线无滑动地滚动”的意思.如图所示,假 设圆周上定点 M 的起始位置是圆与定直线的切点 O,圆保持 与定直线相切向右滚动,点 M 就绕圆心 B 作圆周运动.如果 点 M 绕圆心 B 转过 φ 弧度后,圆与直线相切于 A,那么线段
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1.平摆线定义
一个圆在平面上沿着一条直线无滑动地滚动时,我们把 圆周上一定点的运动轨迹叫作_平__摆__线__ (或旋轮线). 当圆滚动半周时,过定点M的半径转过的角度是π,点M 到达最高点(_π_r_,__2_r_) ,再滚动半周,点M到达(_2_π_r_,__0_) , 这时圆周和x轴又相切于点M,得到平摆线的一拱.圆滚 动一周时,平摆线出现一个周期. 平摆线上点的纵坐标最大值是_2_r_,最小值是_0_,即平 摆线的拱高为_2_r _.
=(4(cos θ+θsin θ),4(sin θ-θcos θ)).
又O→M=(x,y),因此有xy==44((csions
θ+θsin θ-θcos
θ), θ)
这就是所求圆的渐开线的参数方程.
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【反思感悟】 关键根据渐开线的生成过程,归结到向量知 识和三角的有关知识建立等式关系. 用向量方法建立运动轨迹曲线的参数方程的过程和步骤: (1)建立合适的坐标系,设轨迹曲线上的动点为 M(x,y). (2)取定运动中产生的某一角度为参数. (3)用三角、几何知识写出相关向量的坐标表达式. (4)用向量运算得到O→M的坐标表达式,由此得到轨迹曲线的 参数方程.
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题型一 平摆线 在分析平摆线上动点满足的几何条件时,关键是正确理解 “一个圆沿一条定直线无滑动地滚动”的意思.如图所示,假 设圆周上定点 M 的起始位置是圆与定直线的切点 O,圆保持 与定直线相切向右滚动,点 M 就绕圆心 B 作圆周运动.如果 点 M 绕圆心 B 转过 φ 弧度后,圆与直线相切于 A,那么线段
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2018年高中数学人教版选修4-4课件:渐开线与摆线
, .
是参数
方程 .
在机械工业中 轮传递动力 的齿轮磨损少 安装方便 用这种齿轮
, 广泛地使用齿 .由 于 渐 开 线 齿 形 , 传动平稳 , 制造
,因 此 大 多 数 齿 轮 采 , 设计加工这种齿 程.
轮 , 需要借助圆的渐开线方
欣赏在上述几何条件下 M 形成轨迹的过程 .
四
渐开线与摆线
图 2 17
根据动点满足的几何条 我们以基圆圆心
件,
O 为原点 ,
直线 OA 为 x 轴 , 建立平面直 角坐标系
图 2 18 .
r , 绳子外
设基圆的半径为 端 M 的坐标为
x , y .显然
.
,
图 2 18
点 M 由角 惟一确定
取 为参数 , 则点 B 的坐标为 从而 BM
O
M D
B C
A
x
图 2 20
设开始时定点 于点 A , 圆心在点 垂足分别是
M 在原点 , 圆滚动 角后与 x 轴相切 B .从点 M 分别作 AB , x 轴的垂线 ,
C , D . 设点 M 的坐标为
,有
x , y , 取 为参
数 , 根据点 M 满足的几何条件
x OD OA DA OA MC r r sin ,
MA 的 长 , 即 OA
M 在 圆 B 沿直线滚动过 .我们把点 M 的轨迹叫做 .
, 又叫
下面我们求摆线的参 数方程 .
y
根据点 M 满足的几何 条件 , 我们取直线为 轴 , 定点 M 滚动时落在 定直 线 上的一个位置 为原点 , 建立直角坐标系 (图 2 20 ), 设圆的半径为 r. x
第2讲2.4渐开线与摆线
因为“基”的不同,渐开线有许多形式:
选修4-4
第2讲→渐开线与摆线
知识导学
2.摆线与摆线的参数方程 (1)摆线的定义:
圆沿着直线滚动,圆周上一点在滚动过程中形成的
轨迹叫摆 线 . 也叫旋 轮 线 .
选修4-4
第2讲→渐开线与摆线
知识导学
(2)摆线的方程
y
C
P(x,y)
φ B
设圆的半径为r
O
D A
1 x=π(cos φ+φsin φ), 【解析】: (φ 为参数). y=1 (sin φ-φcos φ) π
选修4-4
第2讲→圆与圆锥曲线的参数方程
题型探究
题型二 渐开线和摆线的参数方程的运用
【例题2】已知圆的渐开线的参数方程是:
x cos sin (为参数) y sin cos
x 2( sin ) (2) (为参数) y 2(1 cos )
选修4-4
第2讲→圆与圆锥曲线的参数方程
题型探究
【感悟提高】 要理解渐开线和摆线的参数方程中各个几何量的意
义, 能根据条件直接套用得出方程.
选修4-4
第2讲→圆与圆锥曲线的参数方程
题型探究
【巩固训练1】已知一个圆的摆线过一定点(2,0), 请写出该圆的半径最大时该摆线的参数方程以及对应 的圆的渐开线的参数方程.
A.4π,2 C.2π,2
B.2π,4 D.4π,4
选修4-4
第2讲→圆与圆锥曲线的参数方程
随堂演练
3.半径为2的基圆的渐开线的参数方程为:
x 2(cos sin ) (为参数) y 2(sin cos ) ___________________________ .
2014年人教A版选修4-4教案 四 渐开线与摆线
三、分层练习
1、当 , 时,求圆渐开线 上对应点A、B坐标并求出A、B间的距离。(BC层)
2、求圆的渐开线 上当 对应的点的直角坐标。(BC层)
3、求摆线 与直线 的交点的直角坐标(A层)
四、课堂小结
课
后
学
习
教
学
内
容
分
析
教学
重点
圆和摆线的渐开线参数方程与普通方程的互化
教学难点Biblioteka 圆和摆线的渐开线参数方程与普通方程的互化
教学流程与教学内容
一、本节知识点:
1、以基圆圆心O为原点,直线OA为x轴,建立平面直角坐标系,可得圆渐开线的参数方程为 ( 为参数)
2、在研究平摆线的参数方程中,取定直线为 轴,定点M滚动时落在直线上的一个位置为原点,建立直角坐标系,设圆的半径为r,可得摆线的参数方程为。
( 为参数)
二、典型例题:
例1求半径为4的圆的渐开线参数方程(学生尝试练习)
例2求半径为2的圆的摆线的参数方程
例3、设圆的半径为8,沿 轴正向滚动,开始时圆与 轴相切于原点O,记圆上动点为M它随圆的滚动而改变位置,写出圆滚动一周时M点的轨迹方程,画出相应曲线,求此曲线上纵坐标 的最大值,说明该曲线的对称轴。(A层)
课题
渐开线与摆线
三
维
教
学
目
标
知识与
能力
1、了解圆的渐开线的参数方程
2、了解摆线的生成过程及它的参数方程(BC层)
3、学习用向量知识推导运动轨迹曲线的方法和步骤(A层)
过程与
方法
能培养学生的逻辑推理能力和思维能力
情感、
态度、
价值观
通过学生的参与过程,培养他们手脑并用、多思勤练的良好学习习惯和勇于探索、锲而不舍的治学精神。
1、当 , 时,求圆渐开线 上对应点A、B坐标并求出A、B间的距离。(BC层)
2、求圆的渐开线 上当 对应的点的直角坐标。(BC层)
3、求摆线 与直线 的交点的直角坐标(A层)
四、课堂小结
课
后
学
习
教
学
内
容
分
析
教学
重点
圆和摆线的渐开线参数方程与普通方程的互化
教学难点Biblioteka 圆和摆线的渐开线参数方程与普通方程的互化
教学流程与教学内容
一、本节知识点:
1、以基圆圆心O为原点,直线OA为x轴,建立平面直角坐标系,可得圆渐开线的参数方程为 ( 为参数)
2、在研究平摆线的参数方程中,取定直线为 轴,定点M滚动时落在直线上的一个位置为原点,建立直角坐标系,设圆的半径为r,可得摆线的参数方程为。
( 为参数)
二、典型例题:
例1求半径为4的圆的渐开线参数方程(学生尝试练习)
例2求半径为2的圆的摆线的参数方程
例3、设圆的半径为8,沿 轴正向滚动,开始时圆与 轴相切于原点O,记圆上动点为M它随圆的滚动而改变位置,写出圆滚动一周时M点的轨迹方程,画出相应曲线,求此曲线上纵坐标 的最大值,说明该曲线的对称轴。(A层)
课题
渐开线与摆线
三
维
教
学
目
标
知识与
能力
1、了解圆的渐开线的参数方程
2、了解摆线的生成过程及它的参数方程(BC层)
3、学习用向量知识推导运动轨迹曲线的方法和步骤(A层)
过程与
方法
能培养学生的逻辑推理能力和思维能力
情感、
态度、
价值观
通过学生的参与过程,培养他们手脑并用、多思勤练的良好学习习惯和勇于探索、锲而不舍的治学精神。
高中数学第二讲参数方程2.4渐开线与摆线课件新人教A版选修4_4
-6-
四 渐开线与摆线
首页
X 新知导学 INZHIDAOXUE
D 答疑解惑 AYIJIEHUO
D 当堂检测 ANGTANGJIANCE
思考辨析 判断下列说法是否正确,正确的在后面的括号内画“√”,错误的画
“×”. (1)只有圆才有渐开线. ( × )
(2)渐开线和摆线的定义是一样的,只是绘图的方法不一样,所以
变式训练 1 已知圆的渐开线的参数方程是
������ ������
= =
csions������������-���+���c���o���ss���i���n������,(φ
为参数),则此渐开线对应的基圆的直径
是
,当参数 φ=π4时对应的曲线上的点的坐标
为
.
答案:2
√2 2
+
√2π 8
,
√2 2
四 渐开线与摆线 探究一
探究二
思维辨析
首页
X 新知导学 INZHIDAOXUE
D 答疑解惑 AYIJIEHUO
D 当堂检测 ANGTANGJIANCE
变式训练 若半径为5的圆的摆线上某点的纵坐标为0,则其横坐
标可能是( )
A.π B.5π C.10πD.12π
������ = 5������-5sin������,
π4,则对应
的点的直角坐标分别为 .
答案:
2π 3
-√3,1
,
π 2
-√2,2-√2
-12-
四 渐开线与摆线 探究一
探究二
思维辨析
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D 当堂检测 ANGTANGJIANCE
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3、摆线的定义
思考:P43
如果在自行车的轮子上喷一个白色印记,那么自行车在笔直 的道路上行使时,白色印记会画出什么样摆的线曲在线它?与定直线
的两个相邻交点之间 上述问题抽象成数学问题就是: 当一个圆沿着一的条部定分直叫线做无一滑个动地拱滚。动时,圆周
上一个定点的轨迹是什么?
M
?B
OA
同样地,我们先分析圆在滚动过程中,圆周上的这个动点满足的几何条件。
四 渐开线与摆线
1、渐开线
1、渐开线的定义
探究:P40
把一条没有弹性的细绳绕在一个圆盘上,在绳的 外端系上一支铅笔,将绳子拉紧,保持绳子与圆相切 而逐渐展开,那么铅笔会画出一条曲线。
这条曲线的形状怎样?能否求出它的轨迹方程?
动点(笔尖)满足什么几何条件?
设开始时绳子外端(笔尖)位于点 A,
当外端展开到点M时,因为绳子对圆心角? 的一段弧AB,
线段OA的长等于MA的长,即OA ? r?。
我们把点M的轨迹叫做平摆线,简称摆线,又叫旋轮线。
3、摆线的参数方程
M
?B
OA
根据点M满足的几何条件,我们取定直线为 X轴,定点M滚动时落在定 直线上的一个位置为原点,建立直角坐标系。设圆的半径为r。
y
B
M ?C
所以,摆线的参数方程为:
从点设OM开分D始别时做定AA点BM,在x轴原的点垂,线圆,滚垂???动足xy了分???别角rr(是(后?1C与?E?,xcs轴xDoi。ns相??切))于., (点? 为A,参圆心数在)点B。
设点M的坐标为(x, y),取? 为参数,根据点M 满足的几何条件,有
x ? OD ? OA ? DA ? OA ? MC ? r? ? r sin ? ,
y ? DM ? AC ? AB ? CB ? r ? r cos? .
3、摆线的参数方程
M
?B
OA y
B
M ?C
OD
A
Ex
摆线的参数方程为:?? ?
B
取? 为参数,则点 B的坐标为( rcos? ,rsin ?),从而
?
BM ? (x ? r cos ? , y ? r sin ? ),| BM |? r? .
O
A
x
由于向量 e1 ? (cos ? ,sin ? )是与OB同方向的单位向量,
因而向量 e2 ? (sin ? , ? cos ? )是与向量 BM同方向的单位向量。
x y
? ?
r(? ? sin ? r(1? cos?
), ).
(?
为参数)
思考:P42
在摆线的参数方程中,参数
?
的取值范围是什么?
一个拱的宽度与高度各是什么 ?
小结 作业 P42:习题2.4
y
?x
? ?
yБайду номын сангаас
? ?
r(cos? r (sin ?
?? ??
sin ? cos?
) )
(?
是参数)。
M
B
?
O
A
x
渐开线的应用:
在机械工业中,广泛地使用齿轮传递动力。
由于渐开线齿行的齿轮磨损少,传动平稳,制造安装较为方便, 因此大多数齿轮采用这种齿形。
设计加工这种齿轮,需要借助圆的渐开线方程。
2、摆线
所以 | BM |? (r? )e2 ,即
| BM |? (x ? r cos? , y ? r sin ? ) ? r? (sin ? , ? cos? )
解得
?x
? ?
y
? ?
r(cos? r(sin ?
?? ??
sin ? cos?
)
(?
)
是参数)。
这就是圆的渐开线的参数方程。
2、渐开线的参数方程
展开后成为切线,所以 切线BM的长就是AB的长, 这是动点(笔尖)满足的几何条件。
我们把笔尖画出的曲线叫做圆的渐开线, 相应的定圆叫做渐开线的基圆。
B
?
O
M A
2、渐开线的参数方程
y
以基圆圆心O为原点,直线OA为x轴,建立平面
直角坐标系。
M
设基圆的半径为r,绳子外端M的坐标为(x,y)。
? 显然,点M由角 唯一确定。