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第十五章坐標(biāo)系與參數(shù)方程(fāngchéng)第一節(jié)坐標(biāo)系與曲線的極坐標(biāo)方程(fāngchéng)第一頁,共42頁。第十五章坐標(biāo)系與參數(shù)方程(fāngchéng)第二頁,共42頁。第二頁,共42頁。1.極坐標(biāo)系一般地,在平面上取一個(gè)定點(diǎn)O,自點(diǎn)O引一條射線Ox,同時(shí)確定一個(gè)長度單位和計(jì)算角度的正方向(通常(tōngcháng)取逆時(shí)針方向?yàn)檎较?,這樣就建立了一個(gè)極坐標(biāo)系,其中,點(diǎn)O稱為_____,射線Ox稱為_____.設(shè)M是平面上任一點(diǎn),ρ表示OM的長度,θ表示以射線Ox為始邊,射線OM為終邊所成的角.那么,每一個(gè)有序?qū)崝?shù)對(ρ,θ)確定一個(gè)點(diǎn)的位置.其中,ρ稱為點(diǎn)M的______,θ稱為點(diǎn)M的_____.有序數(shù)對(ρ,θ)稱為點(diǎn)M的________.極點(diǎn)(jídiǎn)極軸極徑極角極坐標(biāo)第三頁,共42頁。1.極坐標(biāo)系極點(diǎn)(jídiǎn)極軸極徑極角極坐標(biāo)第三頁,共2.極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的互化當(dāng)極坐標(biāo)系中的極點(diǎn)與直角坐標(biāo)系中的原點(diǎn)重合,極軸與x軸的正半軸重合,兩種坐標(biāo)系中取相同的長度單位時(shí),平面內(nèi)任意一點(diǎn)P的直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)分別為(x,y)和(ρ,θ),則有互化公式(gōngshì)和通常情況下,將點(diǎn)的直角坐標(biāo)化為極坐標(biāo)時(shí),取ρ≥0,0≤θ<2π.第四頁,共42頁。2.極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的互化第四頁,共42頁。3.簡單(jiǎndān)圖形的極坐標(biāo)方程(1)直線的極坐標(biāo)方程:①經(jīng)過點(diǎn)M(ρ0,θ0),且與極軸成α角的直線的極坐標(biāo)方程為:___________________________;②特別地,過極點(diǎn)且與極軸成α角的直線的極坐標(biāo)方程為:______;③與極軸垂直且經(jīng)過點(diǎn)(a,0)(其中a>0)的直線的極坐標(biāo)方程為:____________;ρsin(θ-α)=ρ0sin(θ0-α)θ=αρcosθ=a第五頁,共42頁。3.簡單(jiǎndān)圖形的極坐標(biāo)方程ρsin(θ-α)④與極軸平行且在極軸上方,與極軸距離為b的直線的極坐標(biāo)方程(fāngchéng)為:____________;⑤與極點(diǎn)距離為p,且與過極點(diǎn)與極軸成α角的直線OH垂直的直線的極坐標(biāo)方程(fāngchéng)為:________________.ρsinθ=bρcos(θ-α)=p第六頁,共42頁。④與極軸平行且在極軸上方,與極軸距離為b的直線的極坐標(biāo)ρsi(2)圓的極坐標(biāo)方程:①圓心為M(ρ0,θ0),半徑為r的圓的極坐標(biāo)方程為:__________________________________;②特別(tèbié)地,以極點(diǎn)為圓心,半徑為r的圓的極坐標(biāo)方程為:______;③圓心在極軸上且過極點(diǎn),半徑為r的圓的極坐標(biāo)方程為:____________;④圓心在過極點(diǎn)與極軸成角的射線上,且過極點(diǎn),半徑為r的圓的極坐標(biāo)方程為:_____________;ρ2-2ρ0ρcos(θ-θ0)+ρ02-r2=0ρ=rρ=2rcosθρ=2rsinθ第七頁,共42頁。(2)圓的極坐標(biāo)方程:①圓心為M(ρ0,θ0),半徑為r的圓⑤圓心在(ρ0,θ0),經(jīng)過極點(diǎn)(jídiǎn)的圓的極坐標(biāo)方程為:____________________.(3)圓錐曲線的極坐標(biāo)方程:設(shè)定點(diǎn)F到定直線l的距離為p,e為離心率,則圓錐曲線的極坐標(biāo)方程是當(dāng)0<e<1時(shí),方程表示_____;當(dāng)e=1時(shí),方程表示_______;當(dāng)e>1時(shí),方程表示_______,其中,ρ∈R.ρ=2ρ0cos(θ-θ0)拋物線雙曲線橢圓(tuǒyuán)第八頁,共42頁。⑤圓心在(ρ0,θ0),經(jīng)過極點(diǎn)(jídiǎn)的圓的極坐標(biāo)判斷(pànduàn)下面結(jié)論是否正確(請?jiān)诶ㄌ栔写颉啊獭被颉啊痢?.(1)在極坐標(biāo)系中,點(diǎn)的坐標(biāo)表示不惟一.()(2)極坐標(biāo)方程與直角坐標(biāo)方程y=x不表示同一曲線.()(3)極坐標(biāo)方程ρ=2cosθ與ρcosθ=2相同.()第九頁,共42頁。判斷(pànduàn)下面結(jié)論是否正確(請?jiān)诶ㄌ栔写颉啊獭被?4)圓的圓心的一個(gè)極坐標(biāo)是()(5)設(shè)點(diǎn)A的極坐標(biāo)為直線(zhíxiàn)l過點(diǎn)A且與極軸所成的角為則直線(zhíxiàn)l的極坐標(biāo)方程既能表示為又能表示為能表示()第十頁,共42頁。(4)圓的圓心的一個(gè)極坐標(biāo)是【解析】(1)正確.如直角坐標(biāo)(zhíjiǎozuòbiāo)系中的點(diǎn)若以原點(diǎn)O為極點(diǎn),x軸正半軸為極軸建立極坐標(biāo)系,則點(diǎn)P的極坐標(biāo)為(k∈Z).(2)錯(cuò)誤.根據(jù)直線的極坐標(biāo)方程規(guī)定,當(dāng)直線l過極點(diǎn),即ρ0=0時(shí),直線l的極坐標(biāo)方程即為θ=α,故與直角坐標(biāo)方程y=x都表示同一直線.(3)錯(cuò)誤.極坐標(biāo)方程ρ=2cosθ表示的曲線是圓,而ρcosθ=2表示直線.第十一頁,共42頁?!窘馕觥?1)正確.如直角坐標(biāo)(zhíjiǎozuòb(4)正確.因原方程可化為故其圓心的極坐標(biāo)可表示為(5)正確.由條件可知:直線(zhíxiàn)l的極坐標(biāo)方程為ρsinθ-2=0,可整理得或答案:(1)√(2)×(3)×(4)√(5)√第十二頁,共42頁。(4)正確.因原方程可化為故其圓考向1極坐標(biāo)的有關(guān)概念【典例1】(2012新課標(biāo)全國卷改編(gǎibiān))已知曲線L的極坐標(biāo)方程是ρ=2,正方形ABCD的頂點(diǎn)都在L上,且A,B,C,D依逆時(shí)針次序排列,點(diǎn)A的極坐標(biāo)為求其余各點(diǎn)B,C,D的極坐標(biāo).第十三頁,共42頁??枷?極坐標(biāo)的有關(guān)概念第十三頁,共42頁?!舅悸伏c(diǎn)撥(diǎnbo)】因正方形與圓既是軸對稱圖形,又是中心對稱圖形,故通過旋轉(zhuǎn)來直接寫出B,C,D三點(diǎn)坐標(biāo).【規(guī)范解答】因曲線L的方程是ρ=2,表示以極點(diǎn)為圓心,以2為半徑的圓,故正方形的中心也是極點(diǎn),將點(diǎn)A逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)即可得第十四頁,共42頁?!舅悸伏c(diǎn)撥(diǎnbo)】因正方形與圓既是軸對稱圖形,又【互動(dòng)探究】本題中的點(diǎn)B,C,D的極坐標(biāo)還可表示成其他形式嗎?【解析】可以(kěyǐ).若按順時(shí)針次序考慮,則分別旋轉(zhuǎn)后,得若按中心對稱考慮,則求得點(diǎn)后,即可得第十五頁,共42頁?!净?dòng)探究】本題中的點(diǎn)B,C,D的極坐標(biāo)還可表示成其他形第十【拓展提升】極坐標(biāo)系與點(diǎn)的極坐標(biāo)(1)極坐標(biāo)有四個(gè)要素:①極點(diǎn);②極軸;③長度單位(dānwèi);④角度單位(dānwèi)及它的方向.(2)如果(ρ,θ)是點(diǎn)M的極坐標(biāo),那么(ρ,θ+2kπ)或(-ρ,θ+(2k+1)π)(k∈Z)都可以作為點(diǎn)M的極坐標(biāo).但這樣建立的極坐標(biāo)系,平面上的點(diǎn)與它的極坐標(biāo)之間就第十六頁,共42頁?!就卣固嵘繕O坐標(biāo)系與點(diǎn)的極坐標(biāo)第十六頁,共42頁。不是一一對應(yīng)關(guān)系.由極徑的意義可知ρ≥0.當(dāng)極角θ的取值范圍是[0,2π)時(shí),平面(píngmiàn)上的點(diǎn)(除去極點(diǎn))就與極坐標(biāo)(ρ,θ)(ρ≠0)建立一一對應(yīng)的關(guān)系.我們約定,極點(diǎn)的極坐標(biāo)是極徑ρ=0,極角θ可以取任意角.第十七頁,共42頁。不是一一對應(yīng)關(guān)系.由極徑的意義可知ρ≥0.當(dāng)極角θ的取值范圍【變式備選】已知△ABC的三個(gè)頂點(diǎn)的極坐標(biāo)分別(fēnbié)為試判斷△ABC的形狀,并求出它的面積.【解析】在極坐標(biāo)系中,設(shè)極點(diǎn)為O,由已知得第十八頁,共42頁。【變式備選】已知△ABC的三個(gè)頂點(diǎn)的極坐標(biāo)分別(fēnbié又OA=OB=5,由余弦定理(yúxiándìnɡlǐ)得所以同理,于是AC=BC,所以△ABC為等腰三角形.又AB=OA=OB=5,所以△ABC中AB邊上的高所以第十九頁,共42頁。又OA=OB=5,由余弦定理(yúxián考向2直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)的互化【典例2】(2012·遼寧高考)在直角坐標(biāo)xOy中,圓C1:x2+y2=4,圓C2:(x-2)2+y2=4.在以O(shè)為極點(diǎn)(jídiǎn),x軸正半軸為極軸的極坐標(biāo)系中,分別寫出圓C1,C2的極坐標(biāo)方程,并求出圓C1,C2的交點(diǎn)坐標(biāo)(用極坐標(biāo)表示).【思路點(diǎn)撥】將直角坐標(biāo)方程化為極坐標(biāo)方程,聯(lián)立,求得交點(diǎn)的極坐標(biāo).第二十頁,共42頁??枷?直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)的互化第二十頁,共42頁?!疽?guī)范解答】由條件(tiáojiàn)知,在直角坐標(biāo)系中,圓C1的圓心是原點(diǎn),半徑為2,故極坐標(biāo)方程為ρ=2;同理在直角坐標(biāo)系中,圓C2的圓心是(2,0),半徑為2,故極坐標(biāo)方程為ρ=4cosθ,聯(lián)立方程組得故圓C1,C2的交點(diǎn)極坐標(biāo)為第二十一頁,共42頁?!疽?guī)范解答】由條件(tiáojiàn)知,在直角坐標(biāo)系中,圓【拓展提升(tíshēng)】極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)互化公式的特點(diǎn)在極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)相互轉(zhuǎn)化的兩組公式中,把極坐標(biāo)化為直角坐標(biāo)得到的點(diǎn)的坐標(biāo)是惟一的,但在把直角坐標(biāo)化為極坐標(biāo)時(shí),所得的極坐標(biāo)就不惟一,為了避免這一麻煩,通常在沒有特別說明時(shí),可取ρ≥0,θ∈[0,2π)(最小非負(fù)角),有時(shí)也可取θ∈(-π,π](絕對值最小角).第二十二頁,共42頁?!就卣固嵘?tíshēng)】極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)互化公式的特點(diǎn)【變式訓(xùn)練】若曲線的極坐標(biāo)方程為ρ=2sinθ+4cosθ,以極點(diǎn)為原點(diǎn),極軸為x軸正半軸建立直角坐標(biāo)系,則曲線的直角坐標(biāo)方程是什么?【解析】根據(jù)(gēnjù)已知方程,在方程兩邊都乘以ρ得ρ2=2ρsinθ+4ρcosθ,從而得解析式為:x2+y2-4x-2y=0.第二十三頁,共42頁。【變式訓(xùn)練】若曲線的極坐標(biāo)方程為ρ=2sinθ+4cos考向3極坐標(biāo)的應(yīng)用【典例3】(2012·江蘇高考)在極坐標(biāo)中,已知圓C經(jīng)過(jīngguò)點(diǎn)圓心為直線與極軸的交點(diǎn),求圓C的極坐標(biāo)方程.【思路點(diǎn)撥】根據(jù)圓C圓心為直線與極軸的交點(diǎn)求出圓心坐標(biāo);根據(jù)圓C經(jīng)過(jīngguò)點(diǎn)P求出圓C的半徑.從而得到圓C的極坐標(biāo)方程.第二十四頁,共42頁。考向3極坐標(biāo)的應(yīng)用第二十四頁,共42頁?!疽?guī)范解答】在直線中,當(dāng)θ=0時(shí),由得ρ=1,從而圓心坐標(biāo)為C(1,0),又圓C經(jīng)過點(diǎn)故半徑(bànjìng)為故圓C經(jīng)過極點(diǎn),從而圓C的極坐標(biāo)方程為ρ=2cosθ.第二十五頁,共42頁?!疽?guī)范解答】在直線中,當(dāng)θ【拓展提升】求曲線的極坐標(biāo)方程的基本步驟第一步:建立適當(dāng)?shù)臉O坐標(biāo)系;第二步:在曲線上任取一點(diǎn)P(ρ,θ);第三步:根據(jù)曲線上的點(diǎn)所滿足的條件寫出等式;第四步:用極坐標(biāo)ρ,θ表示上述等式,并化簡得極坐標(biāo)方程;第五步:證明所得的方程是曲線的極坐標(biāo)方程.通常,第五步的過程(guòchéng)不必寫出,只要對方程進(jìn)行檢驗(yàn),最后加以確認(rèn)即可.第二十六頁,共42頁?!就卣固嵘壳笄€的極坐標(biāo)方程的基本步驟第二十六頁,共42頁【變式訓(xùn)練(xùnliàn)】過原點(diǎn)的一動(dòng)直線交圓x2+(y-1)2=1于點(diǎn)Q,在直線OQ上取一點(diǎn)P,使P到直線y=2的距離等于PQ,用極坐標(biāo)法求動(dòng)直線繞原點(diǎn)一周時(shí)點(diǎn)P的軌跡方程.第二十七頁,共42頁?!咀兪接?xùn)練(xùnliàn)】過原點(diǎn)的一動(dòng)直線交圓x2+(y【解析】以O(shè)為極點(diǎn),Ox為極軸,建立極坐標(biāo)系,如圖所示,過P作PR垂直于直線ρsinθ=2,則有PQ=PR.設(shè)P(ρ,θ),Q(ρ0,θ),則有ρ0=2sinθ.因?yàn)镻R=PQ,所以|2-ρsinθ|=|ρ-2sinθ|,所以ρ=±2或sinθ=±1,即為點(diǎn)P的軌跡(guǐjì)的極坐標(biāo)方程,化為直角坐標(biāo)方程為x2+y2=4或x=0.第二十八頁,共42頁?!窘馕觥恳設(shè)為極點(diǎn),Ox為極軸,第二十八頁,共42頁。1.(2013·鹽城模擬(mónǐ))已知⊙O1和⊙O2的極坐標(biāo)方程分別是ρ=2cosθ和ρ=2asinθ(a是非零常數(shù)).(1)將兩圓的極坐標(biāo)方程化為直角坐標(biāo)方程.(2)若兩圓的圓心距為,求a的值.第二十九頁,共42頁。1.(2013·鹽城模擬(mónǐ))已知⊙O1和⊙O2的極【解析(jiěxī)】(1)由ρ=2cosθ,得ρ2=2ρcosθ,所以⊙O1的直角坐標(biāo)方程為x2+y2=2x,即(x-1)2+y2=1.由ρ=2asinθ,得ρ2=2aρsinθ.所以⊙O2的直角坐標(biāo)方程為x2+y2=2ay,即x2+(y-a)2=a2.(2)⊙O1與⊙O2的圓心之間的距離為,解得a=±2.第三十頁,共42頁?!窘馕?jiěxī)】(1)由ρ=2cosθ,得ρ2=22.過點(diǎn)且和極軸成角的直線.【解析】設(shè)M(ρ,θ)為直線上一點(diǎn),B為直線與極軸的交點(diǎn)(jiāodiǎn),OA=3,由已知所以所以第三十一頁,共42頁。2.過點(diǎn)且和極軸成角的直線.第三十一頁,又在△MOA中,根據(jù)正弦定理(dìnglǐ)得又將展開化簡可得所以過且和極軸成角的直線為:第三十二頁,共42頁。又在△MO3.(2013·常州模擬)在極坐標(biāo)系(ρ,θ)(0≤θ<2π)中,求曲線ρ=2sinθ與ρcosθ=1的交點(diǎn)Q的極坐標(biāo).【解析】以極點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),極軸為x軸的正半軸建立(jiànlì)直角坐標(biāo)系,則曲線ρ=2sinθ可化為:x2+(y-1)2=1,曲線ρcosθ=1可化為x=1,由可得交點(diǎn)坐標(biāo)為(1,1),所以交點(diǎn)Q的極坐標(biāo)是第三十三頁,共42頁。3.(2013·常州模擬)在極坐標(biāo)系(ρ,θ)(0≤θ<2π4.從原點(diǎn)O引直線交直線2x+4y-1=0于點(diǎn)M,P為OM上一點(diǎn),已知OP·OM=1,求P點(diǎn)的軌跡(guǐjì)的極坐標(biāo)方程.【解析】以O(shè)為極點(diǎn),x軸正方向?yàn)闃O軸建立極坐標(biāo)系,直線方程化為2ρcosθ+4ρsinθ-1=0,設(shè)M(ρ0,θ0),P(ρ,θ),則2ρ0cosθ0+4ρ0sinθ0-1=0.又知代入得:∴ρ=2cosθ+4sinθ.第三十四頁,共42頁。4.從原點(diǎn)O引直線交直線2x+4y-1=0于點(diǎn)M,P為OM上5.(2013·揚(yáng)州模擬)在極坐標(biāo)中,圓C的方程為以極點(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的方程為y=2x+1,判斷直線l與圓C的位置關(guān)系.【解析】兩邊同乘以ρ,得ρ2=2ρsinθ+2ρcosθ,得圓C的直角坐標(biāo)方程為(x-1)2+(y-1)2=2,圓心(1,1)到直線l的距離(jùlí)所以直線l與圓C相交.第三十五頁,共42頁。5.(2013·揚(yáng)州模擬)在極坐標(biāo)中,圓C的方程為第三十五頁6.已知圓O1和圓O2的極坐標(biāo)方程分別為ρ=2,(1)把圓O1和圓O2的極坐標(biāo)方程化為直角坐標(biāo)方程.(2)求經(jīng)過(jīngguò)兩圓交點(diǎn)的直線的極坐標(biāo)方程.第三十六頁,共42頁。6.已知圓O1和圓O2的極坐標(biāo)方程分別為ρ=2,第三十六頁【解析(jiěxī)】(1)∵ρ=2,∴ρ2=4,即x2+y2=4.∵∴∴x2+y2-2x-2y-2=0.(2)將兩圓的直角坐標(biāo)方程相減,得經(jīng)過兩圓交點(diǎn)的直線方程為x+y=1.化為極坐標(biāo)方程為ρcosθ+ρsinθ=1,即第三十七頁,共42頁?!窘馕?jiěxī)】(1)∵ρ=2,∴ρ2=4,即x2+7.在極坐標(biāo)系下,已知圓O:ρ=cosθ+sinθ和直線l:(1)求圓O和直線l的直角坐標(biāo)方程.(2)當(dāng)θ∈(0,π)時(shí),求直線l
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