數(shù)學(xué)《學(xué)案導(dǎo)學(xué)與隨堂筆記》人教A版4-4學(xué)案:第一講 坐標(biāo)系 復(fù)習(xí)課 含答案_第1頁(yè)
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學(xué)必求其心得,業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得,業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得,業(yè)必貴于專精學(xué)習(xí)目標(biāo)1.復(fù)習(xí)回顧坐標(biāo)系的重要知識(shí)點(diǎn).2。進(jìn)一步熟練極坐標(biāo)方程的求法,能熟練進(jìn)行極坐標(biāo)方程與直角坐標(biāo)方程的互化.3.能應(yīng)用極坐標(biāo)解決相關(guān)問(wèn)題,并體會(huì)極坐標(biāo)在解決有關(guān)問(wèn)題時(shí)的優(yōu)越性.1.平面直角坐標(biāo)系中的伸縮變換設(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:eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x′=λxλ〉0,,y′=μyμ〉0))的作用下,點(diǎn)P(x,y)對(duì)應(yīng)到點(diǎn)P′(x′,y′),稱φ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.2.極坐標(biāo)系(1)在平面上取一個(gè)定點(diǎn)O,由O點(diǎn)出發(fā)的一條射線Ox,一個(gè)長(zhǎng)度單位及計(jì)算角度的正方向(通常取逆時(shí)針方向),合稱為一個(gè)極坐標(biāo)系.O點(diǎn)稱為極點(diǎn),Ox稱為極軸.平面上任一點(diǎn)M的位置可以由線段OM的長(zhǎng)度ρ和從Ox到OM的角度θ來(lái)刻畫(如圖所示).這兩個(gè)數(shù)組成的有序數(shù)對(duì)(ρ,θ)稱為點(diǎn)M的極坐標(biāo).ρ稱為極徑,θ稱為極角.(2)極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的互化設(shè)M為平面上的一點(diǎn),它的直角坐標(biāo)為(x,y),極坐標(biāo)為(ρ,θ).由圖可知下面的關(guān)系式成立:eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=ρcosθ,,y=ρsinθ))或eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(ρ2=x2+y2,,tanθ=\f(y,x)x≠0,))順便指出,上式對(duì)ρ〈0也成立.這就是極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的互化公式.3.曲線極坐標(biāo)方程的求法求曲線的極坐標(biāo)的方法和步驟,和求直角坐標(biāo)方程類似,就是把曲線看作適合某種條件的點(diǎn)的集合或軌跡,將已知條件用曲線上的極坐標(biāo)(ρ,θ)的關(guān)系式f(ρ,θ)=0表示出來(lái),就得到曲線的極坐標(biāo)方程.類型一求曲線的極坐標(biāo)方程例1在極坐標(biāo)系中,已知圓C的圓心Ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3,\f(π,3))),半徑r=3.(1)求圓C的極坐標(biāo)方程;(2)若點(diǎn)Q在圓C上運(yùn)動(dòng),點(diǎn)P在OQ的延長(zhǎng)線上,且eq\o(OQ,\s\up6(→))=2eq\o(QP,\s\up6(→)),求動(dòng)點(diǎn)P的軌跡方程.解(1)設(shè)M(ρ,θ)是圓C上除O(0,0)以外的任意一點(diǎn),在△OCM中,∠COM=|θ-eq\f(π,3)|,由余弦定理,得|CM|2=|OM|2+|OC|2-2|OM|·|OC|·cos∠COM,∴32=ρ2+32-2×ρ×3coseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-\f(π,3))),即ρ=6coseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-\f(π,3)))。經(jīng)檢驗(yàn),點(diǎn)O(0,0)也在此方程所表示的圓上.∴圓C的極坐標(biāo)方程為ρ=6coseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-\f(π,3))).(2)設(shè)點(diǎn)Q為(ρ1,θ1),點(diǎn)P為(ρ0,θ0),由eq\o(OQ,\s\up6(→))=2eq\o(QP,\s\up6(→)),得eq\o(OQ,\s\up6(→))=2(eq\o(OP,\s\up6(→))-eq\o(OQ,\s\up6(→))),∴eq\o(OQ,\s\up6(→))=eq\f(2,3)eq\o(OP,\s\up6(→)),∴ρ1=eq\f(2,3)ρ0,θ1=θ0,將其代入圓ρ1=6coseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ1-\f(π,3))),得eq\f(2,3)ρ0=6coseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ0-\f(π,3))),即ρ0=9coseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ0-\f(π,3))).所以動(dòng)點(diǎn)P的軌跡方程為ρ=9coseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-\f(π,3)))。反思與感悟求軌跡方程的方法有直接法、定義法、相關(guān)點(diǎn)代入法,在極坐標(biāo)中仍然適用,注意求誰(shuí)設(shè)誰(shuí),找出所設(shè)點(diǎn)的坐標(biāo)ρ、θ的關(guān)系.跟蹤訓(xùn)練1△ABC底邊BC=10,∠A=eq\f(1,2)∠B,以B為極點(diǎn),BC為極軸,建立極坐標(biāo)系,求頂點(diǎn)A的軌跡的極坐標(biāo)方程.解如圖,設(shè)A(ρ,θ),在△ABC內(nèi),設(shè)∠B=θ,∠A=eq\f(θ,2),又|BC|=10,|AB|=ρ.由正弦定理,得eq\f(ρ,sinπ-\f(3θ,2))=eq\f(10,sin\f(θ,2)),化簡(jiǎn),得A點(diǎn)軌跡的極坐標(biāo)方程為ρ=10+20cosθ.類型二極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的互化例2在極坐標(biāo)系中,點(diǎn)M坐標(biāo)是eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2,\f(π,3))),曲線C的方程為ρ=2eq\r(2)sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ+\f(π,4)));以極點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),極軸為x軸的正半軸建立平面直角坐標(biāo)系,直線l經(jīng)過(guò)點(diǎn)M和極點(diǎn).(1)寫出直線l的極坐標(biāo)方程和曲線C的直角坐標(biāo)方程;(2)直線l和曲線C相交于兩點(diǎn)A、B,求線段AB的長(zhǎng).解(1)∵直線l過(guò)點(diǎn)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2,\f(π,3)))和極點(diǎn),∴直線l的直角坐標(biāo)方程是θ=eq\f(π,3)(ρ∈R).ρ=2eq\r(2)sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ+\f(π,4))),即ρ=2(sinθ+cosθ),兩邊同乘以ρ,得ρ2=2(ρsinθ+ρcosθ),∴曲線C的直角坐標(biāo)方程為x2+y2-2x-2y=0.(2)點(diǎn)M的直角坐標(biāo)為(1,eq\r(3)),直線l過(guò)點(diǎn)M和原點(diǎn),∴直線l的直角坐標(biāo)方程為y=eq\r(3)x。曲線C的圓心坐標(biāo)為(1,1),半徑r=eq\r(2),圓心到直線l的距離為d=eq\f(\r(3)-1,2),∴|AB|=eq\r(3)+1。反思與感悟(1)互化的前提依舊是把直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)作為極點(diǎn),x軸的正半軸作為極軸并在兩種坐標(biāo)系下取相同的單位長(zhǎng)度.(2)極坐標(biāo)方程化直角坐標(biāo)方程時(shí),要注意湊出:ρcosθ,ρsinθ,tanθ,以方便用ρcosθ=x,ρsinθ=y(tǒng)及tanθ=eq\f(y,x)代入化簡(jiǎn).跟蹤訓(xùn)練2已知點(diǎn)A,B的直角坐標(biāo)分別為(2,0),(3,eq\r(3)),求以A為圓心,過(guò)點(diǎn)B的圓的極坐標(biāo)方程.解|AB|=eq\r(2-32+0-\r(3)2)=2,故圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為(x-2)2+y2=4,即x2+y2=4x。將x=ρcosθ,y=ρsinθ代入x2+y2=4x,化簡(jiǎn)得ρ=4cosθ,所以所求圓的極坐標(biāo)方程為ρ=4cosθ。類型三極坐標(biāo)的綜合應(yīng)用例3已知橢圓eq\f(x2,a2)+eq\f(y2,b2)=1(a〉b〉0),A,B分別為橢圓上的兩點(diǎn),且OA⊥OB.(1)求證:eq\f(1,|OA|2)+eq\f(1,|OB|2)為定值;(2)求△AOB面積的最大值和最小值.解以直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)為極點(diǎn),以x軸的正半軸為極軸,建立極坐標(biāo)系.設(shè)A,B兩點(diǎn)的極坐標(biāo)分別為(ρ1,θ1),(ρ2,θ2)(不妨設(shè)θ2=θ1+eq\f(π,2)),則A、B兩點(diǎn)的直角坐標(biāo)分別為(ρ1cosθ1,ρ1sinθ1),(ρ2cosθ2,ρ2sinθ2).(1)∵A在橢圓eq\f(x2,a2)+eq\f(y2,b2)=1上,∴eq\f(ρ1cosθ12,a2)+eq\f(ρ1sinθ12,b2)=1,∴ρeq\o\al(2,1)=eq\f(a2b2,b2cos2θ1+a2sin2θ1),同理ρeq\o\al(2,2)=eq\f(a2b2,b2cos2θ2+a2sin2θ2)=eq\f(a2b2,b2sin2θ1+a2cos2θ1)∴eq\f(1,|OA|2)+eq\f(1,|OB|2)=eq\f(1,ρ\o\al(2,1))+eq\f(1,ρ\o\al(2,2))=eq\f(a2sin2θ1+sin2θ2+b2cos2θ1+cos2θ2,a2b2)=eq\f(a2+b2,a2b2)為定值.(2)在△AOB中,OA⊥OB.S=|OA|·|BO|×eq\f(1,2)=eq\f(1,2)ρ1ρ2?!郤2=eq\f(1,4)ρeq\o\al(2,1)ρeq\o\al(2,2).由(1)知ρeq\o\al(2,1)=eq\f(a2b2,b2cos2θ1+a2sin2θ1),ρeq\o\al(2,2)=eq\f(a2b2,b2sin2θ1+a2cos2θ1),∴ρeq\o\al(2,1)ρeq\o\al(2,2)=eq\f(a4b4,b4sin2θ1cos2θ1+a4sin2θ1cos2θ1+a2b2sin4θ1+cos4θ1)=eq\f(a4b4,\f(1,4)a4+b4sin22θ1+a2b2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-\f(1,2)sin22θ1)))=eq\f(a4b4,\f(1,4)a2-b22sin22θ1+a2b2),當(dāng)sin22θ1=0時(shí),(ρ1ρ2)2的最大值為a2b2,∴S最大=eq\f(1,2)ab,當(dāng)sin22θ1=1時(shí),(ρ1ρ2)2的最小值為eq\f(4a4b4,a2+b22),∴S最?。絜q\f(a2b2,a2+b2)。反思與感悟(1)用極坐標(biāo)解決問(wèn)題的關(guān)鍵是建立適當(dāng)?shù)臉O坐標(biāo)系.建系的原則是有利用極徑、極角表示問(wèn)題中的量.(2)用極坐標(biāo)解決問(wèn)題,并不能忽視極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)間的互化問(wèn)題.跟蹤訓(xùn)練3用極坐標(biāo)法證明:過(guò)拋物線的焦點(diǎn)的弦被焦點(diǎn)分成的兩部分的倒數(shù)和為常數(shù).證明設(shè)F為拋物線的焦點(diǎn),AB是過(guò)焦點(diǎn)F的弦,焦點(diǎn)到準(zhǔn)線的距離為ρ.以F為極點(diǎn),Fx為極軸,建立如圖所示的極坐標(biāo)系.設(shè)A的極坐標(biāo)為(ρ1,θ),則B的極坐標(biāo)為(ρ2,θ+π),由拋物線的定義知,eq\f(ρ1,ρ1cosθ+ρ)=1,ρ1=ρ1cosθ+ρ,∴ρ1=eq\f(ρ,1-cosθ).同理ρ2=eq\f(ρ,1-cosθ+π)=eq\f(ρ,1+cosθ),∴eq\f(1,|AF|)+eq\f(1,|BF|)=eq\f(1,ρ1)+eq\f(1,ρ2)=eq\f(1-cosθ,ρ)+eq\f(1+cosθ,ρ)=eq\f(2,ρ)(常數(shù)).1.已知曲線C1,C2的極坐標(biāo)方程分別為ρcosθ=1,ρ=4cosθeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ρ≥0,0≤θ<\f(π,2))),則曲線C1與C2交點(diǎn)的極坐標(biāo)為________.答案eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2,\f(π,3)))2.在以O(shè)為極點(diǎn)的極坐標(biāo)系中,圓ρ=4sinθ和直線ρsinθ=a相交于A,B兩點(diǎn).若△AOB是等邊三角形,則a的值為________.答案3解析由于圓和直線的直角坐標(biāo)方程分別為x2+y2=4y和y=a,它們相交于A,B兩點(diǎn),△AOB為等邊三角形,所以不妨取直線OB的方程為y=eq\r(3)x,聯(lián)立eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x2+y2=4y,,y=\r(3)x,))消去y,得x2=eq\r(3)x,解得x=eq\r(3)或x=0,所以y=eq\r(3)x=3,即a=3。3.已知圓的極坐標(biāo)方程為ρ=4cosθ,圓心為C,點(diǎn)P的極坐標(biāo)為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4,\f(π,3))),則|CP|=________。答案2eq\r(3)4.已知極坐標(biāo)方程C1:ρ=10,C2:ρsineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-\f(π,3)))=6,(1)化C1、C2的極坐標(biāo)方程為直角坐標(biāo)方程,并分別判斷曲線形狀;(2)求C1、C2交點(diǎn)間的距離.解(1)由C1:ρ=10,得ρ2=100,所以x2+y2=100,所以C1為圓心在(0,0),半徑等于10的圓.由C2:ρsineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-\f(π,3)))=6,得ρeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)sinθ-\f(\r(3),2)cosθ))=6.所以y-eq\r(3)x=12,即eq\r(3)x-y+12=0,所以C2表示直線.(2)由于圓心(0,0)到直線eq\r(3)x-y+12=0的距離為d=eq\f(12,\r(\r(3)2+-12))=6〈r=10,故直線與圓相交,所以直線l被圓截得的弦長(zhǎng)為2eq\r(r2-d2)=2eq\r(102-62)=16。1.對(duì)于極坐標(biāo)問(wèn)題,重點(diǎn)是極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的互化公式,充分體現(xiàn)轉(zhuǎn)化與化歸的思想.2.極坐標(biāo)方程的求法,可以用直接法即直接去求極坐標(biāo)方程,也可以先求曲線的直角坐標(biāo)方程,再利用互化公式,將直角坐標(biāo)方程化為極坐標(biāo)方程.3.要充分體會(huì)極坐標(biāo)的優(yōu)勢(shì),有些問(wèn)題,用極坐標(biāo)解決就比較方便簡(jiǎn)潔.課時(shí)作業(yè)一、選擇題1.極坐標(biāo)方程ρ=cosθ與ρcosθ=eq\f(1,2)的圖形是()答案B2.極坐標(biāo)方程θ=eq\f(π,3),θ=eq\f(2π,3)(ρ>0)和ρ=4所表示的曲線圍成的圖形面積是()A.eq\f(16π,3)B.eq\f(8π,3)C.eq\f(4π,3)D。eq\f(2π,3)答案B3.在極坐標(biāo)系中,過(guò)點(diǎn)A(6,π)作圓ρ=-4cosθ的切線,則切線長(zhǎng)為()A.2B.6C.2eq\r(3)D.2eq\r(15)答案C4.直線l1:ρsin(θ+α)=a和l2:θ=eq\f(π,2)-α的位置關(guān)系是()A.l1∥l2 B.l1⊥l2C.l1和l2重合 D.l1和l2斜交答案B解析由ρsin(θ+α)=a知,ρsinθcosα+ρcosθsinα=a,∴ycosα+xsinα=a,即xsinα+ycosα=a,∴斜率為-eq\f(sinα,cosα)=-tanα=k1.又k2=taneq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α))=eq\f(1,tanα),∴k1·k2=-1,∴兩直線垂直.5.下列極坐標(biāo)方程中,對(duì)應(yīng)的曲線為如圖所示的圖形的是()A.ρ=6+5cosθ B.ρ=6+5sinθC.ρ=6-5cosθ D.ρ=6-5sinθ答案D解析由圖可知,當(dāng)θ=-eq\f(π,2)時(shí),ρ最大,所以應(yīng)該是ρ=6-5sinθ.6.在極坐標(biāo)系中與圓ρ=4sinθ相切的一條直線的方程為()A.ρcosθ=2 B.ρsinθ=2C.ρ=4sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ+\f(π,3))) D.ρ=4sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-\f(π,3)))答案A解析圓ρ=4sinθ的直角坐標(biāo)方程為x2+y2-4y=0,即x2+(y-2)2=4,直線ρcosθ=2的直角坐標(biāo)方程為x=2與圓相切,直線ρsinθ=2的直角坐標(biāo)方程為y=2經(jīng)過(guò)圓心,選項(xiàng)C、D表示圓,不滿足題意.二、填空題7.直線2ρcosθ=1與圓ρ=2cosθ相交的弦長(zhǎng)為________.答案eq\r(3)解析直線2ρcosθ=1可化為2x=1,即x=eq\f(1,2),圓ρ=2cosθ,兩邊同乘以ρ得ρ2=2ρcosθ,化為直角坐標(biāo)方程是x2+y2=2x,即(x-1)2+y2=1,其圓心為(1,0),半徑為1,∴弦長(zhǎng)為2eq\r(12-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))2)=eq\r(3).8.在極坐標(biāo)系中,P是曲線ρ=12sinθ上的動(dòng)點(diǎn),Q是曲線ρ=12coseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-\f(π,6)))上的動(dòng)點(diǎn),則|PQ|的最大值為________.答案18解析∵ρ=12sinθ,∴ρ2=12ρsinθ,∴x2+y2-12y=0,即x2+(y-6)2=36.又ρ=12coseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-\f(π,6))),∴ρ2=12ρeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(cosθcos\f(π,6)+sinθsin\f(π,6))),∴x2+y2-6eq\r(3)x-6y=0。∴(x-3eq\r(3))2+(y-3)2=36,∴|PQ|max=6+6+eq\r(3\r(3)2+32)=18。9.在極坐標(biāo)系中,曲線ρ=2sinθ與ρcosθ=-1的交點(diǎn)的極坐標(biāo)為________.答案eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\r(2),\f(3π,4)))解析∵eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(ρ=2sinθ,,ρcosθ=-1,))∴2sinθ·cosθ=-1,即sin2θ=-1?!?θ=eq\f(3π,2),即θ=eq\f(3π,4),∴ρ=2sineq\f(3π,4)=eq\r(2)。10.在極坐標(biāo)系中,直線ρcosθ-eq\r(3)ρsinθ-1=0與圓ρ-2cosθ=0交于A,B兩點(diǎn),則|AB|=________.答案2解析∵x=ρcosθ,y=ρsinθ,∴直線的直角坐標(biāo)方程為x-eq\r(3)y-1=0,由ρ-2cosθ=0,得ρ=2cosθ,ρ2=2ρcosθ,又ρ2=x2+y2,∴x2+y2=2x,∴圓的直角坐標(biāo)方程為(x-1)2+y2=1,又圓心(1,0)在直線上,∴AB為圓的直徑,∴|AB|=2.三、解答題11.已知定點(diǎn)A(a,0),動(dòng)點(diǎn)P對(duì)極點(diǎn)O和點(diǎn)A的張角∠OPA=eq\f(π,3)。在OP的延長(zhǎng)線上取點(diǎn)Q,使|PQ|=|PA|.當(dāng)P在極軸上方運(yùn)動(dòng)時(shí),求點(diǎn)Q的軌跡的極坐標(biāo)方程.解設(shè)Q,P的坐標(biāo)分別是(ρ,θ),(ρ1,θ1),則θ=θ1,在△POA中,ρ1=eq\f(a,sin\f(π,3))·sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3)-θ)),|PA|=eq\f(asinθ,sin\f(π,3)),又|OQ|=|OP|+|PA|,∴ρ=2asineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6)+θ)).12.從極點(diǎn)O作直線與另一直線l:ρcosθ=4相交于點(diǎn)M,在OM上取一點(diǎn)P,使|OM|·|OP|=12.(1)求點(diǎn)P的軌跡方程;(2)設(shè)R為l上的任意一點(diǎn),試求|RP|的最小值.解(1)由題意可設(shè)動(dòng)點(diǎn)P的坐標(biāo)為(ρ,θ),M的坐標(biāo)為(ρ0,θ),由|OM|·|OP|=12,得ρρ0=12.∵點(diǎn)M在直線l上,∴ρ0cosθ=4,∴ρ=3cosθ,即點(diǎn)P的軌跡方程為ρ=3cosθ.(2)將ρ=3cosθ化為直角坐標(biāo)方程,得x2+y2=3x,即eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(3,2)))2+y2=eq\f(9,4)。易知點(diǎn)P的軌跡是以eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,2),0))為圓心,eq\f(3,2)為半徑的圓.直線l的直角坐標(biāo)方程是x=4。結(jié)合圖形易知|RP|的最小值為1.13.在直角坐標(biāo)系xOy中,直線C1:x=-2,圓C2:(x-1)2+(y-2)2=1,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.(1)求C1,C2的極坐標(biāo)方程;(2)若直線C3的極

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