2022届高考数学基础总复习提升之专题突破详解 专题35 极坐标与参数方程(含解析).doc
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- 2022届高考数学基础总复习提升之专题突破详解 专题35 极坐标与参数方程含解析 2022 高考 数学 基础 复习 提升 专题 突破 详解 35 坐标 参数 方程 解析
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1、专题35 极坐标与参数方程一学习目标【学习目标】1.了解在平面直角坐标系伸缩变换作用下平面图形的变化情况.2.能在极坐标系中用极坐标表示点的位置,理解在极坐标系中和平面直角坐标系中表示点的位置的区别,能进行极坐标和直角坐标的互化.3.能在极坐标系中给出简单图形(如过极点的直线、过极点或圆心在极点的圆)的方程.4.了解曲线参数方程的意义,掌握直线、圆及圆锥曲线的参数方程,会应用参数方程解决有关的问题.5.掌握参数方程与普通方程的互化,会根据已知给出的参数,依据条件建立参数方程.二知识点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:的作用下,点P(x,y)对应到
2、点P(x,y),称为平面直角坐标系中的坐标伸缩变化 ,简称伸缩变换2极坐标系与点的极坐标在平面上取一个定点O,自点O引一条射线Ox,同时确定一个长度单位和计算角度的正方向(通常取逆时针方向为正方向),这样就建立了一个极坐标系其中,点O称为极点,射线Ox称为极轴设M是平面上任一点,表示OM的长度,表示以射线Ox为始边,射线OM为终边所成的角那么,有序数对(,) 称为点M的极坐标显然,每一个有序实数对(,)决定一个点的位置其中,称为点M的极径,称为点M的极角由极径的意义可知0,当极角的取值范围是0,2)时,平面上的点(除去极点)就与极坐标(,)(0)建立一一对应的关系,我们约定,极点的极坐标是极径
3、0,极角可取任意角3坐标之间的互化(1)点的极坐标和直角坐标的互化以直角坐标系的原点O为极点,x轴的正半轴为极轴,且在两种坐标系中取相同的长度单位(如图)平面内任意一点P的直角坐标与极坐标分别为(x,y)和(,),则由三角函数的定义可以得到如下两组公式:通常情况下,将点的直角坐标化为极坐标时,取0,00,02或,那么除极点外,平面内的点和极坐标(,)一一对应.2.极坐标和直角坐标的互化公式是或.这两组公式必须满足下面的“三个条件”才能使用:(1)原点与极点重合;(2)x轴正半轴与极轴重合;(3)长度单位相同.极坐标和直角坐标的互化中,需注意等价性,特别是两边乘以n时,方程增了一个n重解0,要判
4、断它是否是方程的解,若不是要去掉该解.3.极坐标方程的应用及求法(1)合理建立极坐标系,使所求曲线方程尽量简单.(2)巧妙利用直角坐标系与极坐标系中坐标之间的互化公式,把问题转化为熟悉的知识解决问题.(3)利用解三角形方法中正弦定理、余弦定理列出关于极坐标(,)的方程是求极坐标系曲线方程的法宝.(4)极坐标系内点的对称关系:点P(,)关于极点的对称点P(,);点P(,)关于极轴所在直线的对称点P(,);点P(,)关于直线的对称点为P(,);点P(,)关于直线的对称点为P.4.极坐标系下A(1,1),B(2,2)间的距离公式|AB|1.选取参数时的一般原则是:(1)x,y与参数的关系较明显,并列
5、出关系式;(2)当参数取一值时,可唯一的确定x,y的值;(3)在研究与时间有关的运动物体时,常选时间作为参数;在研究旋转物体时,常选用旋转角作为参数;此外,也常用线段的长度、倾斜角、斜率、截距等作为参数.2.求曲线的参数方程常常分成以下几步:(1)建立直角坐标系,在曲线上设任意一点P(x,y);(2)选择适当的参数;(3)找出x,y与参数的关系,列出解析式;(4)证明(常常省略).3.根据直线的参数方程标准式中t的几何意义,有如下常用结论:(1)若M1,M2为l上任意两点,M1,M2对应t的值分别为t1,t2,则|M1M2|t1t2|;(2)若M0为线段M1M2的中点,则有t1t20;(3)若
6、线段M1M2的中点为M,则M0MtM.一般地,若点P分线段M1M2所成的比为,则tP.直线的参数方程的一般式(t为参数),是过点M0(x0,y0),斜率为的直线的参数方程.当且仅当a2b21且b0时,才是标准方程,t才具有标准方程中的几何意义.将非标准方程化为标准方程是(tR),式中“”号,当a,b同号时取正;当a, b异号时取负.5.参数方程与普通方程互化时,要注意:(1)不是所有的参数方程都能化为普通方程;(2)在化参数方程为普通方程时变量的范围不能扩大或缩小;(3)把普通方程化为参数方程时,由于参数选择的不同而不同,参数的选择是由具体的问题来决定的.6.在已知圆、椭圆、双曲线和抛物线上取
7、一点可考虑用其参数方程设定点的坐标,将问题转化为三角函数问题求解.7.在直线与圆和圆锥位置关系问题中,涉及距离问题探求可考虑应用直线参数方程中参数的几何意义求解.8.在求某些动点的轨迹方程时,直接寻找x,y的关系困难,甚至找不出时,可以通过引入参数,建立动点的参数方程后求解.四高考命题题型演练1.极坐标方程例1. 在平面直角坐标系中,圆,直线.(1)以原点为极点, 轴正半轴为极轴建立极坐标系,求圆和直线的交点的极坐标;(2)若点为圆和直线交点的中点,且直线的参数方程为 (为参数),求, 的值.【答案】(1)和点;(2), .解析:(1)由题可知,圆的极坐标方程为,直线的极坐标方程为,由,可得或
8、,可得圆和直线的交点的极坐标为和点.(2)由(1)知圆和直线的交点在平面直角坐标系中的坐标为和,那么点的坐标为,又点的坐标为,所以直线的普通方程为,把 (为参数)代入,可得,则,即, .练习1. 在直角坐标系中,圆的参数方程为(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,直线的极坐标方程为.(1)求圆的极坐标方程和直线的直角坐标方程;(2)设|与的交点为,求的面积.【答案】(1) 的极坐标方程为;(2)的面积为.试题解析:()直线的直角坐标方程为 圆的普通方程为因为,所以的极坐标方程为()将代入,得,解得,故,即. 由于圆的半径为,所以的面积为 练习2. 在直角坐标系中,直线的
9、方程是,圆的参数方程是(为参数),以原点为极点, 轴的非负半轴为极轴建立极坐标系(1)分别求直线与圆的极坐标方程;(2)射线: ()与圆的交点为, 两点,与直线交于点,射线: 与圆交于, 两点,与直线交于点,求的最大值【答案】(1) , ;(2).【解析】试题分析:(1)利用直角坐标与极坐标的互化公式,即可求得直线和圆的极坐标方程;(2)由题意可得:点, 的极坐标,可得,同理可得: ,即可得出结论试题解析:(1)直线l的方程是,可得极坐标方程: 圆C的参数方程是(为参数),可得普通方程: 展开为化为极坐标方程: 即 练习3. 在平面直角坐标系中,已知曲线的参数方程为(为参数),以为极点, 轴的
10、非负半轴为极轴,曲线的极坐标方程为: .()将曲线的方程化为普通方程;将曲线的方程化为直角坐标方程;()若点,曲线与曲线的交点为,求的值.【答案】() ;().【解析】试题分析:利用参数方程与普通方程之间的转化方法进行化简(2) 曲线与曲线的相交,法一和法二将参数方程代入曲线方程,利用两根之和计算出结果,法三利用普通方程计算求出结果解析:() ,即: ; ,即: ()方法一:的参数方程为代入得,.方法二:2.参数方程例2.【选修44 坐标系与参数方程】已知动点P、Q都在曲线上,对应参数分别为与(),M为PQ的中点() 求M的轨迹的参数方程;()将M到坐标原点的距离d表示为的函数,并判断M的轨迹
11、是否过坐标原点【答案】(1)(2)见解析【解析】试题分析:(1)根据中点坐标公式得,即得M的轨迹的参数方程;(2)根据两点间距离公式得d,再根据x=y=0得,即M的轨迹过坐标原点.试题解析:()依题意有因此M的轨迹的参数方程为(为参数, )()M点到坐标原点的距离当时, ,故M的轨迹过坐标原点.练习1. 已知直角坐标系中动点,参数,在以原点为极点、轴正半轴为极轴所建立的极坐标系中,动点在曲线: 上.(1)求点的轨迹的普通方程和曲线的直角坐标方程;(2)若动点的轨迹和曲线有两个公共点,求实数的取值范围.【答案】(1) (2) 试题解析:(1)设点的坐标为,则有 消去参数,可得,为点的轨迹的方程;
12、由曲线: ,得,且,由, 故曲线的方程为: ;(2)曲线的方程为: ,即 表示过点,斜率为的直线,动点的轨迹是以为圆心, 为半径的圆由轨迹和曲线有两个公共点,结合图形可得练习2. 已知曲线 (为参数)和曲线 (为参数)相交于两点,求两点的距离【答案】AB【解析】试题分析:利用平方法消去曲线的参数可得曲线的普通方程,利用代入法消练习3. 已知直线的参数方程为(为参数).以为极点, 轴的非负半轴为极轴建立极坐标系,曲线的极坐标方程为.()写出直线经过的定点的直角坐标,并求曲线的普通方程;()若,求直线的极坐标方程,以及直线与曲线的交点的极坐标.【答案】(1),;(2).解析:(1)直线经过定点,由
13、得,得曲线的普通方程为,化简得;(2)若,得的普通方程为,则直线的极坐标方程为,联立曲线: .得,取,得,所以直线与曲线的交点为.3.极坐标、参数方程、普通方程互化例3. 已知曲线(为参数)和曲线(为参数)相交于两点,求两点的距离.【答案】.【解析】试题分析:由,解得或即两点的距离为练习1. 已知直线的参数方程为(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,圆的极坐标方程为.(1)求圆的直角坐标方程;(2)若是直线与圆面的公共点,求的取值范围.【答案】(1)(2)【解析】【试题分析】(1)将圆的极坐标方程展开后两边乘以转化为直角坐标方程.(2)将直线的参数方程代入圆的直角坐标方
14、程,利用参数的几何意义求得的取值范围.【试题解析】解:(1)圆的极坐标方程为,又, ,圆的普通方程为练习2. 已知极坐标系的极点在直角坐标系的原点处,极轴与轴的非负半轴重合,直线的参数方程为(为参数),曲线的极坐标方程为.(1)写出曲线的直角坐标方程和直线的普通方程;(2)设, 分别是直线与曲线上的点,求的最小值.【答案】(1);(2).【解析】试题分析:(1)利用极坐标与直角坐标的互化公式可得曲线的直角坐标方程,通过消去参数可将直线的参数方程转化为普通方程;(2)在直角坐标系中进行求解,运用点到直线的距离公式,求出圆心到直线的距离,利用数形结合边框求出的最小值.试题解析:(1), ,即,曲线
15、的直角坐标方程为.由(为参数),消去得,直线的普通方程为.4.利用参数方程求最值例4. 在平面直角坐标系中,曲线的参数方程为(为参数),在以为极点, 轴的正半轴为极轴的极坐标系中,曲线是圆心为,半径为1的圆(1)求曲线, 的直角坐标方程;(2)设为曲线上的点, 为曲线上的点,求的取值范围【答案】(1) 的直角坐标方程为, 的直角坐标方程为(2) .【解析】试题分析:(1)利用平方法消去参数可得的直角坐标方程,将极坐标化为直角坐标可得曲线的圆心的直角坐标为,结合半径为可得的直角坐标方程;(2)根据曲线的参数方程设,根据两点间的距离公式,由三角函数和二次函数的性质可得的取值范围,结合圆的几何性质可
16、得答案.试题解析:(1)消去参数可得的直角坐标方程为,曲线的圆心的直角坐标为,的直角坐标方程为(2)设,则 , ,根据题意可得, ,即的取值范围是练习1. 在平面直角坐标系中,曲线的参数方程为: (为参数),以坐标原点为极点, 轴的非负半轴为极轴建立极坐标系,曲线的极坐标方程为.(1)求曲线的直角坐标方程;(2)已知点为曲线上任意一点,求点到曲线的距离的取值范围.【答案】(1);(2)试题解析:(1)由得,将, 代入得到.(2)设, 到曲线: 的距离, 当时, ,当时, .所以.练习2. 在直角坐标系中,曲线的参数方程是(为参数),以该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,直
17、线的极坐标方程为.(1)写出曲线的普通方程和直线的直角坐标方程;(2)设点,直线与曲线相交于两点,且,求实数的值.【答案】(1)曲线的普通方程为,直线的直角坐标方程为;(2)或或. ,代入韦达定理即得答案解析:(1),故曲线的普通方程为.直线的直角坐标方程为.(2)直线的参数方程可以写为(为参数).设两点对应的参数分别为,将直线的参数方程代入曲线的普通方程可以得到 ,所以 或,解得或或.练习3.已知在平面直角坐标系中,直线的参数方程是(是参数),以原点为极点, 轴正半轴为极轴且取相同的单位长度建立极坐标系,曲线的极坐标方程为(1)求直线的普通方程与曲线的直角坐标方程;(2)设为曲线上任意一点,
18、求的取值范围【答案】(1), (2)【解析】试题分析:(1)消去直角参数方程中的参数可得普通方程,利用公式可化极坐标方程为直角坐标方程;(2)利用圆的参数方程,设,则,由正弦函数的性质可得的取值范围试题解析:(1)由,得,故直线的普通方程为,由,得,所以,即,故曲线的普通方程为;5.直线参数方程的几何意义的应用例5.在平面直角坐标系中,已知直线: (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,曲线的极坐标方程为.(1)求曲线的直角坐标方程;(2)设点的极坐标为,直线与曲线的交点为, ,求的值.【答案】(1) (2) 【解析】试题分析:()直接由直线的参数方程消去参数t得到直线的
19、普通方程;把等式两边同时乘以,代入x=cos,2=x2+y2得答案;()把直线的参数方程代入圆的普通方程,利用直线参数方程中参数t的几何意义求得的值试题解析:(1)把展开得,两边同乘得.将, , 代入即得曲线的直角坐标方程为.(2)将代入式,得,易知点的直角坐标为.设这个方程的两个实数根分别为, ,则由参数的几何意义即得.练习1. 以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,已知直线的极坐标方程为,曲线的参数方程是(为参数).()求直线和曲线的普通方程;()直线与轴交于点,与曲线交于, 两点,求.【答案】(1) 的普通方程为, 的普通方程为;(2) .解析:(),化为,即的普通方
20、程为,消去,得的普通方程为.()在中令得,倾斜角,的参数方程可设为即,代入得, ,方程有两解, , 同号, .练习2. 已知直线的参数方程为(其中为参数, 为常数),以原点为极点, 轴的非负半轴为极轴建立极坐标系,曲线的极坐标方程为,直线与曲线交于点两点.(1)若,求实数的值;(2)若,点坐标为,求的值.【答案】(1)或;(2).【解析】试题分析:将极坐标方程化为普通方程,根据题目条件计算出弦长的表达式,从而求出实数的值将当时代入即可求出结果解析:(1)曲线的极坐标方程可化为,转化为普通方程可得,即.把代入并整理可得,由条件可得,解之得.设对应的参数分别为,则, , ,解之得或;(2)当时,
21、式变为, , ,由点的坐标为可得 .点睛:本题考查了极坐标方程方程的一些计算,这里需要注意极坐标方程与普通方程之间的互化,将其转化为一般方程,然后借助于解析几何的知识点来解题;第二问结合了上一问的解答结果,注意需求简答的计算练习3. 在直角坐标系中,已知直线的参数方程为 ,以坐标原点为极点, 轴的正半轴为极轴建立极坐标系,曲线的极坐标方程为.(1)将曲线的极坐标方程化为直角坐标方程;(2)若曲线与直线相交于不同的两点, ,求线段的长.【答案】(1)曲线的直角坐标方程为;(2).试题解析:(1)曲线的直角坐标方程为 (2)由得, , , 6.利用极角求最值和范围例6选修44:坐标系与参数方程在平
22、面直角坐标系中,已知曲线与曲线(为参数, )以坐标原点为极点, 轴的非负半轴为极轴建立极坐标系(1)写出曲线的极坐标方程;(2)在极坐标系中,已知点是射线与的公共点,点是与的公共点,当在区间上变化时,求的最大值【答案】(1), (2)【试题解析】(1)曲线的极坐标方程为,即曲线的普通方程为,即,所以曲线的极坐标方程为 (2) 由(1)知,由知,当,即时, 有最大值练习1在平面直角坐标系中,直线的参数方程为 (为参数);圆的参数方程是(为参数),与直线交于两个不同的点,点在圆上运动,求面积的最大值【答案】【解析】试题分析:根据直线及圆的方程,可求出,设点,则点到直线的距离为,即可求出面积最大值.
23、试题解析:设点,则点到直线的距离为从而求出面积最大值为练习2选修4-4:坐标系与参数方程在极坐标系中,曲线的极坐标方程.以极点为原点,极轴为轴非负半轴建立平面直角坐标系,且在两坐标系中取相同的长度单位,直线的参数方程为(为参数).(1)写出曲线的参数方程和直线的普通方程;(2)过曲线上任意一点作与直线相交的直线,该直线与直线所成的锐角为,设交点为,求的最大值和最小值,并求出取得最大值和最小值时点的坐标.【答案】(1), (2)点坐标为时, ,点的坐标为时, .【解析】【试题分析】(1)对曲线的极坐标方程两边乘以转化为直角坐标方程,配方得到圆心和半径,然后直接写出圆的参数方程.将直线的参数方程利
24、用加减消元法消去,可求得直线的普通方程.(2)设圆上任意一点到直线的距离为,则,由此利用点到直线的距离公式可求得的最大值和最小值,也即是的最大值和最小值.【试题解析】(2)由题知点到直线的距离,设点.则有点到直线的距离,其中, ,当,即时, , ,此时, , ;当即时, , ,此时, , .综上,点坐标为时, ,点的坐标为时, .五高考真题演练1.【2017天津,理11】在极坐标系中,直线与圆的公共点的个数为_.【答案】2【解析】直线为 ,圆为 ,因为 ,所以有两个交点【考点】极坐标【名师点睛】再利用公式 把极坐标方程化为直角坐标方程,再解联立方程组根据判别式判断出交点的个数,极坐标与参数方程
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