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- 2021-04-22 发布
第十四章 坐标系与参数方程
挖命题
【真题典例】
【考情探究】
考点
内容解读
5年考情
预测热度
考题示例
考向
关联考点
坐标系与
极坐标
①了解坐标系的作用及直角坐标系内的伸缩变换;②了解极坐标的概念,会在极坐标系中刻画点的位置,能进行极坐标与直角坐标之间的互相转化;③能在极坐标系中求简单图形的极坐标方程
2018课标全国Ⅰ,22,10分
极坐标与直角坐标的互化
直线与圆的位置关系
★★★
2017课标全国Ⅱ,22,10分
极坐标与直角坐标的互化
三角形的面积
2017课标全国Ⅲ,22,10分
极坐标与参数方程
参数方程与普通方程的互化
2016课标全国Ⅰ,23,10分
极坐标与直角坐标的互化
两圆的位置关系
参数方程
了解参数方程及参数的意义,能借助于参数方程与普通方程的互化进一步研究曲线的性质
2018课标全国Ⅱ,22,10分
参数方程与普通方程的互化
直线参数方程的应用
★★★
2018课标全国Ⅲ,22,10分
参数方程与普通方程的互化
直线与圆的位置关系
2017课标全国Ⅰ,22,10分
参数方程与普通方程的互化
直线与椭圆的位置关系
分析解读 坐标系与参数方程是高考的选考部分,重点考查直线与圆的极坐标方程,极坐标与直角坐标的互化;直线、圆与椭圆的参数方程以及参数方程与普通方程的互化.本章内容在高考中以极坐标方程或参数方程为载体,考查直线与圆以及直线与圆锥曲线的位置关系等知识,分值为10分,属于中档题.
破考点
【考点集训】
考点一 坐标系与极坐标
1.(2019届贵州贵阳9月调研,22)在直角坐标系xOy中,曲线C1的参数方程为x=2+2cosθ,y=2sinθ(θ为参数),以坐标原点O为极点,x轴的正半轴为极轴建立极坐标系,曲线C2的极坐标方程为ρ=3sin θ+cos θ,曲线C3的极坐标方程为θ=π6.
(1)把曲线C1的参数方程化为极坐标方程;
(2)曲线C3与曲线C1交于点O、A,与曲线C2交于点O、B,求|AB|.
解析 (1)根据题意得曲线C1的普通方程为(x-2)2+y2=4,即x2+y2-4x=0.
由x=ρcos θ,y=ρsin θ,得ρ2=4ρcos θ,
∴曲线C1的极坐标方程为ρ=4cos θ.
(2)设点A的极坐标为ρ1,π6(ρ1>0),点B的极坐标为ρ2,π6(ρ2>0),则ρ1=4cos π6=23,ρ2=3sin π6+cos π6=32+32=3,∴|AB|=|ρ1-ρ2|=3.
2.(2019届河南顶级名校第一次联考,22)在平面直角坐标系中,曲线C1:x2-y2=2,曲线C2的参数方程为x=2+2cosθ,y=2sinθ(θ为参数),以坐标原点O为极点,x轴的正半轴为极轴建立极坐标系.
(1)求曲线C1,C2的极坐标方程;
(2)在极坐标系中,射线θ=π6与曲线C1,C2分别交于A,B两点(异于极点O),定点M(3,0),求△MAB的面积.
解析 (1)根据题意得曲线C1的极坐标方程为ρ2cos2θ-ρ2sin2θ=2.
由曲线C2的参数方程得曲线C2的普通方程为(x-2)2+y2=4,即x2+y2-4x=0,
∴曲线C2的极坐标方程为ρ=4cos θ.
(2)由(1)得点A的极坐标为2,π6,
点B的极坐标为23,π6.
∴|AB|=|2-23|=23-2,
定点M(3,0)到射线θ=π6(ρ≥0)的距离d=3sin π6=32,
∴△MAB的面积为12|AB|·d=12×(23-2)×32=33-32.
考点二 参数方程
1.(2019届广东珠海11月期中,22)已知倾斜角为α且经过点M(3,0)的直线l与椭圆C:x24+y2=1交于A、B两点.
(1)若α=π3,写出直线l与椭圆C的参数方程;
(2)若|OM||AB|=33,求直线l的普通方程.
解析 (1)直线l的参数方程为x=3+12t,y=32t(t为参数).
椭圆C的参数方程为x=2cosθ,y=sinθ(θ为参数).
(2)将直线l的参数方程x=3+tcosα,y=tsinα(t为参数)代入x24+y2=1中,得(cos2α+4sin2α)t2+(23cos α)t-1=0.
设A,B对应的参数分别为t1,t2.
∴t1+t2=-23cosαcos2α+4sin2α,t1t2=-1cos2α+4sin2α,
∴|AB|=|t1-t2|=(t1+t2)2-4t1t2=4cos2α+4sin2α=41+3sin2α.
由|OM||AB|=33得41+3sin2α=3,∴sin2α=19.
∴直线l的普通方程为y=±24(x-3).
2.(2014课标Ⅰ,23,10分)已知曲线C:x24+y29=1,直线l:x=2+t,y=2-2t(t为参数).
(1)写出曲线C的参数方程,直线l的普通方程;
(2)过曲线C上任意一点P作与l夹角为30°的直线,交l于点A,求|PA|的最大值与最小值.
解析 (1)曲线C的参数方程为x=2cosθ,y=3sinθ(θ为参数).
直线l的普通方程为2x+y-6=0.
(2)曲线C上任意一点P(2cos θ,3sin θ)到l的距离
d=55|4cos θ+3sin θ-6|,
则|PA|=dsin30°=255|5sin(θ+α)-6|,其中α为锐角,
且tan α=43.
当sin(θ+α)=-1时,|PA|取得最大值,最大值为2255.
当sin(θ+α)=1时,|PA|取得最小值,最小值为255.
炼技法
【方法集训】
方法1 极坐标方程与直角坐标方程的互化方法
1.(2019届河南11月八市联考,22)在平面直角坐标系xOy中,动点P(x,y)的坐标满足x=t,y=t2(其中t∈R).在以O为极点,x轴的非负半轴为极轴的极坐标系(两种坐标系的单位长度相同)中,直线l的极坐标方程为ρsin(θ+φ)=cos φ其中φ为常数,且φ≠kπ+π2,k∈Z.
(1)求动点P的轨迹C的极坐标方程(写成ρ=f(θ)的形式);
(2)设直线l与轨迹C交于A、B两点,求证:当φ变化时,∠AOB的大小恒为定值.
解析 (1)由x=t,y=t2消去参数t,得曲线C的直角坐标方程为x2=y.
将x=ρcos θ,y=ρsin θ代入x2=y,得ρ2cos2θ=ρsin θ.
所以曲线C的极坐标方程为ρ=sinθcos2θ.
(2)证明:将l与C的极坐标方程联立,消去ρ得sinθsin(θ+φ)cos2θ=cos φ,展开得sinθ(sinθcosφ+cosθsinφ)cos2θ=cos φ.
根据已知得cos φ≠0,于是可以得到tan2θ+tan φ·tan θ-1=0.
设A(ρ1,θ1),B(ρ2,θ2),由根与系数的关系得tan θ1·tan θ2=-1.
两边同乘cos θ1·cos θ2,可得cos(θ1-θ2)=0,解得θ1-θ2=kπ+π2(k∈Z).
故当φ变化时,∠AOB的大小为定值π2.
2.(2018四川德阳模拟,22)已知极坐标系的极点为平面直角坐标系xOy的原点,极轴为x轴正半轴,两种坐标系中的长度单位相同,曲线C的参数方程为x=-1+2cosα,y=1+2sinα(α为参数),直线l过点(-1,0),且斜率为12,射线OM的极坐标方程为θ=3π4.
(1)求曲线C和直线l的极坐标方程;
(2)已知射线OM与曲线C的交点为O,P,与直线l的交点为Q,求线段PQ的长.
解析 (1)∵曲线C的参数方程为x=-1+2cosα,y=1+2sinα(α为参数),
∴曲线C的普通方程为(x+1)2+(y-1)2=2,
将x=ρcos θ,y=ρsin θ代入整理得ρ+2cos θ-2sin θ=0,
即曲线C的极坐标方程为ρ=22sinθ-π4.
∵直线l过点(-1,0),且斜率为12,
∴直线l的方程为y=12(x+1),
∴直线l的极坐标方程为ρcos θ-2ρsin θ+1=0.
(2)当θ=3π4时,|OP|=22sin3π4-π4=22,
|OQ|=12×22+22=23,
故线段PQ的长为22-23=523.
方法2 参数方程与普通方程的互化方法
1.(2019届宁夏顶级名校第二次月考,22)在直角坐标系xOy中,直线l的参数方程为x=3-t,y=1+t(t为参数).在以坐标原点O为极点,x轴正半轴为极轴的极坐标系中,曲线C:ρ=22cosθ-π4.
(1)求直线l的普通方程和曲线C的直角坐标方程;
(2)求曲线C上的点到直线l的距离的最大值.
解析 (1)由x=3-t,y=1+t(t为参数)消去t得x+y-4=0,
所以直线l的普通方程为x+y-4=0.
由ρ=22cosθ-π4=22cosθcos π4+sinθsin π4=2cos θ+2sin θ,得ρ2=2ρcos θ+2ρsin θ①.
将ρ2=x2+y2,ρcos θ=x,ρsin θ=y代入①式,
得x2+y2=2x+2y,即(x-1)2+(y-1)2=2.
所以曲线C的直角坐标方程为(x-1)2+(y-1)2=2.
(2)设曲线C上的点P(1+2cos α,1+2sin α),
则点P到直线l的距离d=|1+2cosα+1+2sinα-4|2=|2(sinα+cosα)-2|2=2sinα+π4-22,当sinα+π4=-1时,dmax=22.故曲线C上的点到直线l的距离的最大值为22.
2.(2018广东茂名二模,22)在平面直角坐标系xOy中,以原点O为极点,x轴的非负半轴为极轴,建立极坐标系,曲线C的极坐标方程为ρ=2cosθ1-cos2θ,直线l的参数方程为x=2+tcosα,y=1+tsinα(t为参数,0≤α<π).
(1)若α=3π4,求l的普通方程,直接写出C的直角坐标方程;
(2)若l与C有两个不同的交点A,B,且P(2,1)为AB的中点,求|AB|.
解析 (1)由直线l的参数方程x=2+tcosα,y=1+tsinα(t为参数)及α=3π4可得其直角坐标方程为x+y-3=0,
由曲线C的极坐标方程ρ=2cosθ1-cos2θ,
得其直角坐标方程为y2=2x.
(2)把直线l的参数方程x=2+tcosα,y=1+tsinα(t为参数),
代入抛物线方程y2=2x得
t2sin2α+2t(sin α-cos α)-3=0(*),
设A,B所对应的参数分别为t1,t2,
则t1+t2=-2(sinα-cosα)sin2α.
∵P(2,1)为AB的中点,
∴P点所对应的参数为t1+t22=-sinα-cosαsin2α=0,
∴sin α-cos α=0,
即α=π4.
则(*)变为12t2-3=0,
此时t2=6,t=±6,
∴|AB|=26.
过专题
【五年高考】
A组 统一命题·课标卷题组
考点一 坐标系与极坐标
1.(2018课标全国Ⅰ,22,10分)[选修4—4:坐标系与参数方程]
在直角坐标系xOy中,曲线C1的方程为y=k|x|+2.以坐标原点为极点,x轴正半轴为极轴建立极坐标系,曲线C2的极坐标方程为ρ2+2ρcos θ-3=0.
(1)求C2的直角坐标方程;
(2)若C1与C2有且仅有三个公共点,求C1的方程.
解析 (1)由x=ρcos θ,y=ρsin θ得C2的直角坐标方程为(x+1)2+y2=4.
(2)由(1)知C2是圆心为A(-1,0),半径为2的圆.
由题设知,C1是过点B(0,2)且关于y轴对称的两条射线.
记y轴右边的射线为l1,y轴左边的射线为l2.
由于B在圆C2的外面,故C1与C2有且仅有三个公共点等价于l1与C2只有一个公共点且l2与C2有两个公共点,或l2与C2只有一个公共点且l1与C2有两个公共点.
当l1与C2只有一个公共点时,A到l1所在直线的距离为2,所以|-k+2|k2+1=2,故k=-43或k=0.
经检验,当k=0时,l1与C2没有公共点;
当k=-43时,l1与C2只有一个公共点,l2与C2有两个公共点.
当l2与C2只有一个公共点时,A到l2所在直线的距离为2,所以|k+2|k2+1=2,故k=0或k=43.
经检验,当k=0时,l1与C2没有公共点;
当k=43时,l2与C2没有公共点.
综上,所求C1的方程为y=-43|x|+2.
2.(2017课标全国Ⅱ,22,10分)在直角坐标系xOy中,以坐标原点为极点,x轴正半轴为极轴建立极坐标系,曲线C1的极坐标方程为ρcos θ=4.
(1)M为曲线C1上的动点,点P在线段OM上,且满足|OM|·|OP|=16,求点P的轨迹C2的直角坐标方程;
(2)设点A的极坐标为2,π3,点B在曲线C2上,求△OAB面积的最大值.
解析 (1)设P的极坐标为(ρ,θ)(ρ>0),M的极坐标为(ρ1,θ)(ρ1>0).由题设知|OP|=ρ,|OM|=ρ1=4cosθ.
由|OM|·|OP|=16得C2的极坐标方程为ρ=4cos θ(ρ>0).
因此C2的直角坐标方程为(x-2)2+y2=4(x≠0).
(2)设点B的极坐标为(ρB,α)(ρB>0).由题设知|OA|=2,ρB=4cos α,于是△OAB的面积S=12|OA|·ρB·sin∠AOB
=4cos α·sinα-π3=2sin2α-π3-32≤2+3.
当α=-π12时,S取得最大值2+3.
所以△OAB面积的最大值为2+3.
3.(2016课标全国Ⅰ,23,10分)选修4—4:坐标系与参数方程
在直角坐标系xOy中,曲线C1的参数方程为x=acost,y=1+asint(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C2:ρ=4cos θ.
(1)说明C1是哪一种曲线,并将C1的方程化为极坐标方程;
(2)直线C3的极坐标方程为θ=α0,其中α0满足tan α0=2,若曲线C1与C2的公共点都在C3上,求a.
解析 (1)消去参数t得到C1的普通方程:x2+(y-1)2=a2.C1是以(0,1)为圆心,a为半径的圆.(2分)
将x=ρcos θ,y=ρsin θ代入C1的普通方程中,得到C1的极坐标方程为ρ2-2ρsin θ+1-a2=0.(4分)
(2)曲线C1,C2的公共点的极坐标满足方程组
ρ2-2ρsinθ+1-a2=0,ρ=4cosθ.(6分)
若ρ≠0,由方程组得16cos2θ-8sin θcos θ+1-a2=0,(8分)
由已知tan θ=2,可得16cos2θ-8sin θcos θ=0,从而1-a2=0,
解得a=-1(舍去)或a=1.
a=1时,极点也为C1,C2的公共点,在C3上.
所以a=1.(10分)
4.(2016课标全国Ⅱ,23,10分)在直角坐标系xOy中,圆C的方程为(x+6)2+y2=25.
(1)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;
(2)直线l的参数方程是x=tcosα,y=tsinα(t为参数),l与C交于A,B两点,|AB|=10,求l的斜率.
解析 (1)由x=ρcos θ,y=ρsin θ可得圆C的极坐标方程为ρ2+12ρcos θ+11=0.(3分)
(2)在(1)中建立的极坐标系中,直线l的极坐标方程为θ=α(ρ∈R).
设A,B所对应的极径分别为ρ1,ρ2,将l的极坐标方程代入C的极坐标方程得ρ2+12ρcos α+11=0.(6分)
于是ρ1+ρ2=-12cos α,ρ1ρ2=11.
|AB|=|ρ1-ρ2|=(ρ1+ρ2)2-4ρ1ρ2=144cos2α-44.(8分)
由|AB|=10得cos2α=38,tan α=±153.
所以l的斜率为153或-153.(10分)
5.(2015课标Ⅰ,23,10分)在直角坐标系xOy中,直线C1:x=-2,圆C2:(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C1,C2的极坐标方程;
(2)若直线C3的极坐标方程为θ=π4(ρ∈R),设C2与C3的交点为M,N,求△C2MN的面积.
解析 (1)因为x=ρcos θ,y=ρsin θ,
所以C1的极坐标方程为ρcos θ=-2,
C2的极坐标方程为ρ2-2ρcos θ-4ρsin θ+4=0.(5分)
(2)将θ=π4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C2的半径为1,所以△C2MN的面积为12.(10分)
考点二 参数方程
1.(2018课标全国Ⅲ,22,10分)[选修4—4:坐标系与参数方程]
在平面直角坐标系xOy中,☉O的参数方程为x=cosθ,y=sinθ(θ为参数),过点(0,-2)且倾斜角为α的直线l与☉O交于A,B两点.
(1)求α的取值范围;
(2)求AB中点P的轨迹的参数方程.
解析 (1)☉O的直角坐标方程为x2+y2=1.
当α=π2时,l与☉O交于两点.
当α≠π2时,记tan α=k,则l的方程为y=kx-2.
l与☉O交于两点当且仅当21+k2<1,
解得k<-1或k>1,
即α∈π4,π2或α∈π2,3π4.
综上,α的取值范围是π4,3π4.
(2)l的参数方程为
x=tcosα,y=-2+tsinαt为参数,π4<α<3π4.
设A,B,P对应的参数分别为tA,tB,tP,
则tP=tA+tB2,且tA,tB满足t2-22tsin α+1=0.
于是tA+tB=22sin α,tP=2sin α.
又点P的坐标(x,y)满足x=tPcosα,y=-2+tPsinα,
所以点P的轨迹的参数方程是
x=22sin2α,y=-22-22cos2αα为参数,π4<α<3π4.
2.(2017课标全国Ⅰ,22,10分)[选修4—4:坐标系与参数方程]
在直角坐标系xOy中,曲线C的参数方程为x=3cosθ,y=sinθ(θ为参数),直线l的参数方程为x=a+4t,y=1-t(t为参数).
(1)若a=-1,求C与l的交点坐标;
(2)若C上的点到l距离的最大值为17,求a.
解析 (1)解法一:曲线C的普通方程为x29+y2=1.
当a=-1时,直线l的普通方程为x+4y-3=0.
由x+4y-3=0,x29+y2=1解得x=3,y=0或x=-2125,y=2425.
从而C与l的交点坐标为(3,0),-2125,2425.
解法二:设交点坐标为(x,y),当a=-1时,
直线l的参数方程为x=-1+4t,y=1-t.
将x=3cosθ,y=sinθ代入x=-1+4t,y=1-t,
得3cosθ+14=1-sin θ,
即3cos θ+4sin θ=3,31-2sin2θ2+8sin θ2cos θ2=3,
即2sin θ4cos θ2-3sin θ2=0,
由此可得sinθ2=0或tanθ2=43,
所以cosθ=1,sinθ=0或cosθ=35,sinθ=45,
故可得交点坐标为(3,0)或-2125,2425.
(2)直线l的普通方程为x+4y-a-4=0,故C上的点(3cos θ,sin θ)到l的距离为d=|3cosθ+4sinθ-a-4|17.
当a≥-4时,d的最大值为a+917,
由题设得a+917=17,
所以a=8;
当a<-4时,d的最大值为-a+117,
由题设得-a+117=17,
所以a=-16.
综上,a=8或a=-16.
B组 自主命题·省(区、市)卷题组
考点一 坐标系与极坐标
(2018江苏,21C,10分)[选修4—4:坐标系与参数方程]
在极坐标系中,直线l的方程为ρsinπ6-θ=2,曲线C的方程为ρ=4cos θ,求直线l被曲线C截得的弦长.
解析 因为曲线C的极坐标方程为ρ=4cos θ,
所以曲线C是圆心为(2,0),直径为4的圆,
因为直线l的极坐标方程为ρsinπ6-θ=2,
所以直线l过点(4,0),倾斜角为π6,
设A(4,0),
则A为直线l与圆C的一个交点.
设另一个交点为B,则∠OAB=π6.
连接OB,因为OA为直径,
所以∠OBA=π2,
所以AB=4cosπ6=23.
因此,直线l被曲线C截得的弦长为23.
考点二 参数方程
1.(2017江苏,21C,10分)在平面直角坐标系xOy中,已知直线l的参数方程为x=-8+t,y=t2(t为参数),曲线C的参数方程为x=2s2,y=22s(s为参数).设P为曲线C上的动点,求点P到直线l的距离的最小值.
解析 直线l的普通方程为x-2y+8=0.
因为点P在曲线C上,设P(2s2,22s),
从而点P到直线l的距离d=|2s2-42s+8|12+(-2)2=2(s-2)2+45.
当s=2时,dmin=455.
因此当点P的坐标为(4,4)时,曲线C上点P到直线l的距离取到最小值455.
2.(2016江苏,21C,10分)[选修4—4:坐标系与参数方程]
在平面直角坐标系xOy中,已知直线l的参数方程为x=1+12t,y=32t(t为参数),椭圆C的参数方程为x=cosθ,y=2sinθ(θ为参数).设直线l与椭圆C相交于A,B两点,求线段AB的长.
解析 椭圆C的普通方程为x2+y24=1.
将直线l的参数方程x=1+12t,y=32t代入x2+y24=1,
得1+12t2+32t24=1,即7t2+16t=0,解得t1=0,t2=-167.
所以AB=|t1-t2|=167.
C组 教师专用题组
考点一 坐标系与极坐标
1.(2015湖南,12,5分)在直角坐标系xOy中,以坐标原点为极点,x轴的正半轴为极轴建立极坐标系.若曲线C的极坐标方程为ρ=
2sin θ,则曲线C的直角坐标方程为 .
答案 x2+y2-2y=0
2.(2015广东,14,5分)(坐标系与参数方程选做题)在平面直角坐标系xOy中,以原点O为极点,x轴的正半轴为极轴建立极坐标系.曲线C1的极坐标方程为ρ(cos θ+sin θ)=-2,曲线C2的参数方程为x=t2,y=22t(t为参数),则C1与C2交点的直角坐标为 .
答案 (2,-4)
3.(2014广东,14,5分)在极坐标系中,曲线C1与C2的方程分别为2ρcos2θ=sin θ与ρcos θ=1,以极点为平面直角坐标系的原点,极轴为x轴的正半轴,建立平面直角坐标系,则曲线C1与C2交点的直角坐标为 .
答案 (1,2)
4.(2015陕西,23,10分)在直角坐标系xOy中,直线l的参数方程为x=3+12t,y=32t(t为参数).以原点为极点,x轴正半轴为极轴建立极坐标系,☉C的极坐标方程为ρ=23sin θ.
(1)写出☉C的直角坐标方程;
(2)P为直线l上一动点,当P到圆心C的距离最小时,求P的直角坐标.
解析 (1)由ρ=23sin θ,得
ρ2=23ρsin θ,从而有x2+y2=23y,所以x2+(y-3)2=3.
(2)设P3+12t,32t,又C(0,3),
则|PC|=3+12t2+32t-32=t2+12,故当t=0时,|PC|取得最小值,此时,P点的直角坐标为(3,0).
5.(2015课标Ⅱ,23,10分)选修4—4:坐标系与参数方程
在直角坐标系xOy中,曲线C1:x=tcosα,y=tsinα(t为参数,t≠0),其中0≤α<π.在以O为极点,x轴正半轴为极轴的极坐标系中,曲线C2:ρ=
2sin θ,C3:ρ=23cos θ.
(1)求C2与C3交点的直角坐标;
(2)若C1与C2相交于点A,C1与C3相交于点B,求|AB|的最大值.
解析 (1)曲线C2的直角坐标方程为x2+y2-2y=0,曲线C3的直角坐标方程为x2+y2-23x=0.
联立x2+y2-2y=0,x2+y2-23x=0,解得x=0,y=0或x=32,y=32.
所以C2与C3交点的直角坐标为(0,0)和32,32.
(2)曲线C1的极坐标方程为θ=α(ρ∈R,ρ≠0),
其中0≤α<π.
因此A的极坐标为(2sin α,α),B的极坐标为(23cos α,α).
所以|AB|=|2sin α-23cos α|=4sinα-π3.
当α=5π6时,|AB|取得最大值,最大值为4.
6.(2013课标Ⅰ,23,10分)已知曲线C1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C2的极坐标方程为ρ=2sin θ.
(1)把C1的参数方程化为极坐标方程;
(2)求C1与C2交点的极坐标(ρ≥0,0≤θ<2π).
解析 (1)将x=4+5cost,y=5+5sint消去参数t,化为普通方程(x-4)2+(y-5)2=25,即C1:x2+y2-8x-10y+16=0.
将x=ρcosθ,y=ρsinθ代入x2+y2-8x-10y+16=0得
ρ2-8ρcos θ-10ρsin θ+16=0.
所以C1的极坐标方程为ρ2-8ρcos θ-10ρsin θ+16=0.
(2)C2的直角坐标方程为x2+y2-2y=0.
由x2+y2-8x-10y+16=0,x2+y2-2y=0,
解得x=1,y=1或x=0,y=2.
所以C1与C2交点的极坐标分别为2,π4,2,π2.
考点二 参数方程
1.(2014湖南,12,5分)在平面直角坐标系中,曲线C:x=2+22t,y=1+22t(t为参数)的普通方程为 .
答案 x-y-1=0
2.(2014课标Ⅱ,23,10分)在直角坐标系xOy中,以坐标原点为极点,x轴正半轴为极轴建立极坐标系,半圆C的极坐标方程为ρ=
2cos θ,θ∈0,π2.
(1)求C的参数方程;
(2)设点D在C上,C在D处的切线与直线l:y=3x+2垂直,根据(1)中你得到的参数方程,确定D的坐标.
解析 (1)C的普通方程为(x-1)2+y2=1(0≤y≤1).
可得C的参数方程为
x=1+cost,y=sint(t为参数,0≤t≤π).
(2)设D(1+cos t,sin t).
由(1)知C是以G(1,0)为圆心,1为半径的上半圆.
因为C在点D处的切线与l垂直,所以直线GD与l的斜率相同.tan t=3,t=π3.
故D的直角坐标为1+cosπ 3,sinπ3,即32,32.
3.(2014辽宁,23,10分)将圆x2+y2=1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.
(1)写出C的参数方程;
(2)设直线l:2x+y-2=0与C的交点为P1,P2,以坐标原点为极点,x轴正半轴为极轴建立极坐标系,求过线段P1P2的中点且与l垂直的直线的极坐标方程.
解析 (1)设(x1,y1)为圆上的点,经变换为C上点(x,y),依题意,得x=x1,y=2y1.
由x12+y12=1得x2+y22=1,即曲线C的方程为x2+y24=1.
故C的参数方程为x=cost,y=2sint(t为参数).
(2)由x2+y24=1,2x+y-2=0解得x=1,y=0或x=0,y=2.
不妨令P1(1,0),P2(0,2),则线段P1P2的中点坐标为12,1,所求直线斜率为k=12,于是所求直线方程为y-1=12x-12,化为极坐标方程,并整理得2ρcos θ-4ρsin θ=-3,即ρ=34sinθ-2cosθ.
4.(2013课标Ⅱ,23,10分)已知动点P,Q都在曲线C:x=2cost,y=2sint(t为参数)上,对应参数分别为t=α与t=2α(0<α<2π),M为PQ的中点.
(1)求M的轨迹的参数方程;
(2)将M到坐标原点的距离d表示为α的函数,并判断M的轨迹是否过坐标原点.
解析 (1)依题意有P(2cos α,2sin α),Q(2cos 2α,2sin 2α),因此M(cos α+cos 2α,sin α+sin 2α).
M的轨迹的参数方程为x=cosα+cos2α,y=sinα+sin2α(α为参数,0<α<2π).
(2)M点到坐标原点的距离d=x2+y2=2+2cosα(0<α<2π).当α=π时,d=0,故M的轨迹过坐标原点.
5.(2012课标全国,23,10分)已知曲线C1的参数方程是x=2cosφ,y=3sinφ(φ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C2的极坐标方程是ρ=2.正方形ABCD的顶点都在C2上,且A,B,C,D依逆时针次序排列,点A的极坐标为2,π3.
(1)求点A,B,C,D的直角坐标;
(2)设P为C1上任意一点,求|PA|2+|PB|2+|PC|2+|PD|2的取值范围.
解析 (1)由已知可得A2cosπ3,2sinπ3,B2cosπ3+π2,2sinπ3+π2,C2cosπ3+π,2sinπ3+π,D2cosπ3+3π2,2sinπ3+3π2,
即A(1,3),B(-3,1),C(-1,-3),D(3,-1).
(2)设P(2cos φ,3sin φ),令S=|PA|2+|PB|2+|PC|2+|PD|2,则S=16cos2φ+36sin2φ+16=32+20sin2φ.
因为0≤sin2φ≤1,所以S的取值范围是[32,52].
6.(2011课标,23,10分)在直角坐标系xOy中,曲线C1的参数方程为x=2cosα,y=2+2sinα(α为参数),M是C1上的动点,P点满足OP=2OM,P点的轨迹为曲线C2.
(1)求C2的方程;
(2)在以O为极点,x轴的正半轴为极轴的极坐标系中,射线θ=π3与C1的异于极点的交点为A,与C2的异于极点的交点为B,求|AB|.
解析 (1)设P(x,y),则由条件知Mx2,y2.由于M点在C1上,所以x2=2cosα,y2=2+2sinα.即x=4cosα,y=4+4sinα.
从而C2的参数方程为x=4cosα,y=4+4sinα(α为参数).
(2)曲线C1的极坐标方程为ρ=4sin θ,曲线C2的极坐标方程为ρ=8sin θ.
射线θ=π3与C1的交点A的极径为ρ1=4sinπ3,射线θ=π3与C2的交点B的极径为ρ2=8sinπ3.
所以|AB|=|ρ2-ρ1|=23.
【三年模拟】
时间:60分钟 分值:70分
解答题(共70分)
1.(2019届四川成都摸底考试,22)在直角坐标系xOy中,直线l的参数方程为x=1+12t,y=1+32t(t为参数).在以坐标原点O为极点,x轴的正半轴为极轴的极坐标系中,曲线C的极坐标方程为ρ2(1+2cos2θ)=3.
(1)写出直线l的普通方程与曲线C的直角坐标方程;
(2)设点M(1,1),若直线l与曲线C相交于不同的两点A,B,求|AM|+|BM|的值.
解析 (1)由直线l的参数方程消去参数t,得x-1=33(y-1).
化简,得直线l的普通方程为3x-y+1-3=0.
将曲线C的极坐标方程化为ρ2+2ρ2cos2θ=3,
∴x2+y2+2x2=3,
∴曲线C的直角坐标方程为x2+y23=1.
(2)将直线l的参数方程代入x2+y23=1中,得1+12t2+13·1+32t2=1,
化简,得t2+2×1+33t+23=0.
此时Δ=83+833>0.
设A,B所对应的参数分别为t1,t2,
由根与系数的关系,得t1+t2=-2+233,t1t2=23.
由直线参数的几何意义,知|AM|+|BM|=|t1|+|t2|=-t1-t2=2+233.
2.(2019届广东顶级名校第三次联考,22)已知曲线C1的极坐标方程为ρ2cos 2θ=8,曲线C2的极坐标方程为θ=π6(ρ∈R),曲线C1,C2相交于A,B两点.
(1)求A,B两点的极坐标;
(2)曲线C1与直线x=1+32t,y=12t(t为参数)分别相交于M,N两点,求线段MN的长度.
解析 (1)由ρ2cos2θ=8,θ=π6,得ρ2cos π3=8,
所以ρ2=16,即ρ=±4.
所以A,B两点的极坐标为A4,π6,B-4,π6或B4,7π6.
(2)由曲线C1的极坐标方程得其直角坐标方程为x2-y2=8,
将x=1+32t,y=12t(t为参数)代入x2-y2=8,
整理得t2+23t-14=0,设M,N对应的参数分别为t1,t2,则t1+t2=-23,t1t2=-14,
所以|MN|=(t1-t2)2=(t1+t2)2-4t1t2=(-23)2-4×(-14)=217.
3.(2019届湖南衡阳10月调研,22)在平面直角坐标系xOy中,直线l过点P(1,0)且倾斜角为π3,在以O为极点,x轴的非负半轴为极轴的极坐标系中,曲线C的极坐标方程为ρ=4sinθ+π6.
(1)求直线l的参数方程与曲线C的直角坐标方程;
(2)若直线l与曲线C的交点分别为M,N,求1|PM|+1|PN|的值.
解析 (1)由题意知,直线l的参数方程为x=1+12t,y=32t(t为参数).
∵ρ=4sinθ+π6=23sin θ+2cos θ,∴ρ2=23ρsin θ+2ρcos θ.
∵x=ρcos θ,y=ρsin θ,x2+y2=ρ2,
∴x2+y2=23y+2x,
∴曲线C的直角坐标方程为(x-1)2+(y-3)2=4.
(2)将直线l的参数方程x=1+12t,y=32t(t为参数)代入曲线C的直角坐标方程(x-1)2+(y-3)2=4,得t2-3t-1=0,设M,N对应的参数分别为t1,t2,∴t1+t2=3,t1t2=-1<0.
∴1|PM|+1|PN|=1|t1|+1|t2|=|t1|+|t2||t1t2|=|t1-t2||t1t2|=(t1+t2)2-4t1t2|t1t2|=9+41=13.
4.(2019届广东韶关期中联考,22)在直角坐标系xOy中,已知曲线M的参数方程为x=1+2cosβ,y=1+2sinβ(β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l1的极坐标方程为θ=α,直线l2的极坐标方程为θ=α+π2.
(1)写出曲线M的极坐标方程,并指出它是哪种曲线;
(2)设l1与曲线M交于A,C两点,l2与曲线M交于B,D两点,求四边形ABCD面积的取值范围.
解析 (1)由x=1+2cosβ,y=1+2sinβ(β为参数)消去参数β得(x-1)2+(y-1)2=4,
∴曲线M是以(1,1)为圆心,2为半径的圆.
将曲线M的直角坐标方程化成极坐标方程得ρ2-2ρ(sin θ+cos θ)-2=0,
(2)设|OA|=ρ1,|OC|=ρ2,由l1与圆M的极坐标方程联立可得ρ2-2ρ(sin α+cos α)-2=0,
∴ρ1+ρ2=2(sin α+cos α),ρ1·ρ2=-2.
∵O,A,C三点共线,∴|AC|=|ρ1-ρ2|=(ρ1+ρ2)2-4ρ1·ρ2=12+4sin2α①,
同理用α+π2代替α可得|BD|=12-4sin2α,易知l1⊥l2,
∴S四边形ABCD=12|AC|·|BD|=12144-16sin22α,
∵sin22α∈[0,1],∴S四边形ABCD∈[42,6].
5.(2018河南洛阳二模,22)在直角坐标系xOy中,以O为极点,x轴的正半轴为极轴建立极坐标系,已知曲线C1的极坐标方程为
ρsin θ=4,曲线C2的极坐标方程为ρ2-2ρcos θ-4ρsin θ+1=0,曲线C3的极坐标方程为θ=π4(ρ∈R).
(1)求C1与C2的直角坐标方程;
(2)若C2与C1交于P点,C2与C3交于A,B两点,求△PAB的面积.
解析 (1)∵曲线C1的极坐标方程为ρsin θ=4,
∴曲线C1的直角坐标方程为y=4,
∵曲线C2的极坐标方程为ρ2-2ρcos θ-4ρsin θ+1=0,
∴曲线C2的直角坐标方程为x2+y2-2x-4y+1=0,
即(x-1)2+(y-2)2=4.
(2)∵曲线C3的极坐标方程为θ=π4(ρ∈R),
∴曲线C3的直角坐标方程为y=x,
联立C1与C2的方程得y=4,(x-1)2+(y-2)2=4,
得x2-2x+1=0,
解得x1=x2=1,
∴点P的坐标为(1,4),
点P到曲线C3的距离d=|1-4|2=322.
设A(ρ1,θ1),B(ρ2,θ2).
将θ=π4代入C2,得ρ2-32ρ+1=0,
则ρ1+ρ2=32,ρ1ρ2=1,
|AB|=|ρ1-ρ2|=(ρ1+ρ2)2-4ρ1ρ2=14,
∴S△PAB=12|AB|d=12×14×322=372.
6.(2018湖南岳阳二模,22)已知曲线C的极坐标方程是ρ=2cos θ,若以极点为平面直角坐标系的原点,极轴为x轴的正半轴,且取相同的单位长度建立平面直角坐标系,则直线l的参数方程是x=32t+m,y=12t(t为参数).
(1)求曲线C的直角坐标方程与直线l的普通方程;
(2)设点P(m,0),若直线l与曲线C交于A,B两点,且|PA|·|PB|=1,求非负实数m的值.
解析 (1)由x=ρcos θ,y=ρsin θ,x2+y2=ρ2,
曲线C的极坐标方程是ρ=2cos θ,即ρ2=2ρcos θ,
得x2+y2=2x,即曲线C的直角坐标方程为(x-1)2+y2=1,
由直线l的参数方程x=32t+m,y=12t(t为参数),
可得其普通方程为x-3y-m=0.
(2)将x=32t+m,y=12t(t为参数)代入圆(x-1)2+y2=1中,
可得t2+3(m-1)t+m2-2m=0,
由Δ=3(m-1)2-4(m2-2m)>0,可得-1
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