2020年数学一轮复习考点与题型总结:选修4-4 坐标系与参数方程-高考.pdf
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1、一、基础知识一、基础知识 1平面直角坐标系中的坐标伸缩变换 设点 P(x, y)是平面直角坐标系中的任意一点, 在变换: xx0, yy0 的作用下, 点 P(x,y)对应到点 P(x,y),称为平面直角坐标系中的坐标伸缩变换,简称伸缩变 换 2极坐标系的概念 (1)极坐标系 如图所示,在平面内取一个定点 O,叫做极点;自极点 O 引一条射线 Ox,叫做极轴;再选定一个长度单位、一个角度单位(通常取弧度)及其正 方向(通常取逆时针方向),这样就建立了一个极坐标系 (2)极坐标 极径:设 M 是平面内一点,极点 O 与点 M 的距离|OM|叫做点 M 的极径,记为. 极角:以极轴 Ox 为始边,
2、射线 OM 为终边的角 xOM 叫做点 M 的极角,记为. 极坐标:有序数对,叫做点 M 的极坐标,记为 M,. 一般不作特殊说明时,我们认为 0,可取任意实数. 3极坐标与直角坐标的互化 设 M 是平面内任意一点,它的直角坐标是(x,y), 极坐标是(,),则它们之间的关系为: xcos , ysin ; 2x2y2, tan y xx0. 4简单曲线的极坐标方程 曲线极坐标方程 圆心为极点,半径为 r 的圆r(02) 圆心为(r,0),半径为 r 的圆 2rcos 2 2 圆心为 r, 2 ,半径为 r 的圆 2rsin (0) 第一节第一节 坐标系坐标系 选修选修 44 坐标系与参数方程
3、坐标系与参数方程 微信公众号学起而飞 过极点,倾斜角为的直线(R)或(R) 过点(a,0),与极轴垂直的直线 cos a 2 2 过点 a, 2 ,与极轴平行的直线 sin a(00, yy0 的作用下的变换方程的求法是将 xx , yy 代入 yf(x),得y f x ,整理之后得到 yh(x),即为所求变换之后 的方程 提醒应用伸缩变换时,要分清变换前的点的坐标(x,y)与变换后的坐标(x,y) 题组训练 1若函数 yf(x)的图象在伸缩变换: x2x, y3y 的作用下得到曲线的方程为 y 3sin x 6 ,求函数 yf(x)的最小正周期 解:由题意,把变换公式代入曲线 y3sin x
4、 6 得 微信公众号学起而飞 3y3sin 2x 6 ,整理得 ysin 2x 6 , 故 f(x)sin 2x 6 . 所以函数 f(x)的最小正周期为. 2 将圆 x2y21 变换为椭圆x 2 25 y2 161 的一个伸缩变换公式: xx, yy (, 0), 求,的值 解:将变换后的椭圆x 2 25 y2 161 改写为 x2 25 y 2 16 1, 把伸缩变换公式: xx, yy (,0)代入上式得: 2x2 25 2y2 16 1 即 5 2x2 4 2y21,与 x2y21, 比较系数得 5 21, 4 21, 所以 5, 4. 考点二考点二极坐标与直角坐标的互化极坐标与直角坐
5、标的互化 典例(2018江苏高考)在极坐标系中, 直线 l 的方程为sin 62, 曲线 C 的方程 为4cos ,求直线 l 被曲线 C 截得的弦长 解因为曲线 C 的极坐标方程为4cos ,化成直角坐标方程为(x2)2y24, 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sin 6 2, 化成直角坐标方程为 y 3 3 (x4), 则直线 l 过 A(4,0),倾斜角为 6, 所以 A 为直线 l 与圆 C 的一个交点 设另一个交点为 B,则OAB 6. 如图,连接 OB. 因为 OA 为直径,从而OBA 2, 所以 AB4cos 62 3. 微信公众号
6、学起而飞 (1)当 x0 时,角才能由 tan y x按上述方法确定 (2)当 x0 时,tan 没有意义,这时可分三种情况处理: 当 x0,y0 时,可取任何值;当 x0,y0 时,可取 2;当 x0,y0 时,可取 3 2 . 题组训练 1(2019郑州质检)在极坐标系下,已知圆 O:cos sin 和直线 l:sin 4 2 2 (0,02) (1)求圆 O 和直线 l 的直角坐标方程; (2)当(0,)时,求直线 l 与圆 O 的公共点的极坐标 解:(1)圆 O:cos sin ,即2cos sin , 故圆 O 的直角坐标方程为 x2y2xy0, 直线 l:sin 4 2 2 ,即s
7、in cos 1, 则直线 l 的直角坐标方程为 xy10. (2)将两直角坐标方程联立得 x2y2xy0, xy10, 解得 x0, y1, 即圆 O 与直线 l 在直角坐标系下的公共点为(0,1), 将(0,1)转化为极坐标为 1, 2 即为所求 2已知圆 O1和圆 O2的极坐标方程分别为2,22 2cos 4 2. 由 tan 确定角时,应根据点 P 所在象限取最小正角 2极角的确定 巧 再应用公式进行代换其中方程的两边同乘以(或同除以)及方程两边平方是常用的变形技 (2)极坐标方程化为直角坐标方程:通过变形,构造出形如cos ,sin ,2的形式, 并化简即可 (1)直角坐标方程化为极
8、坐标方程:将公式 xcos 及 ysin 直接代入直角坐标方程 1极坐标方程与直角坐标方程的互化方法 解题技法 所以直线 l 被曲线 C 截得的弦长为 2 3. 微信公众号学起而飞 因为22 2cos 4 2, 所以22 2 cos cos 4sin sin 4 2, 所以圆 O2的直角坐标方程为 x2y22x2y20. (2)将两圆的直角坐标方程相减, 得经过两圆交点的直线方程为 xy1. 化为极坐标方程为cos sin 1, 即sin 4 2 2 . 考点三考点三曲线的极坐标方程的应用曲线的极坐标方程的应用 典例(2017全国卷)在直角坐标系 xOy 中,以坐标原点为极点,x 轴正半轴为极
9、轴 建立极坐标系,曲线 C1的极坐标方程为cos 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, 3 ,点 B 在曲线 C2上,求OAB 面积的最大值 解(1)设 P 的极坐标为(,)(0),M 的极坐标为(1,)(10) 由题设知|OP|,|OM|1 4 cos . 由|OM|OP|16,得 C2的极坐标方程4cos (0) 因此 C2的直角坐标方程为(x2)2y24(x0) (2)设点 B 的极坐标为(B,)(B0), 由题设知|OA|2,B4cos ,于是OAB 的面积 S
10、1 2|OA| BsinAOB4cos |sin 3 |2|sin 2 3 3 2|. 即当 12时,S 取得最大值 2 3. 所以OAB 面积的最大值为 2 3. 解题技法 所以圆 O1的直角坐标方程为 x2y24. 解:(1)由2 知24, (2)求经过两圆交点的直线的极坐标方程 (1)求圆 O1和圆 O2的直角坐标方程; 微信公众号学起而飞 1(2019青岛质检)在平面直角坐标系 xOy 中,圆 C 的参数方程为 xcos , y1sin (其中 为参数)以 O 为极点,x 轴的非负半轴为极轴建立极坐标系 (1)求圆 C 的极坐标方程; (2)设直线 l 的极坐标方程是sin 3 2,射
11、线 OM: 6与圆 C 的交点为 P,与直线 l 的交点为 Q,求线段 PQ 的长 解:(1)圆 C 的普通方程为 x2(y1)21,又 xcos ,ysin , 所以圆 C 的极坐标方程为2sin . (2)把 6代入圆的极坐标方程可得 P1, 把 6代入直线 l 的极坐标方程可得 Q2, 所以|PQ|PQ|1. 2(2018湖北八校联考)已知曲线 C 的极坐标方程为2 9 cos29sin2,以极点为平面 直角坐标系的原点 O,极轴为 x 轴的正半轴建立平面直角坐标系 (1)求曲线 C 的直角坐标方程; (2)A,B 为曲线 C 上两点,若 OAOB,求 1 |OA|2 1 |OB|2的值
12、 题组训练 提醒在曲线的方程进行互化时,一定要注意变量的范围,注意转化的等价性 角坐标系中求最值的运算量小 (2)已知极坐标方程解答最值问题时,通常可转化为三角函数模型求最值问题,其比直 表示时,可以先化为直角坐标方程,将不熟悉的问题转化为熟悉的问题加以解决 (1)用极坐标系解决问题时要注意题目中的几何关系,如果几何关系不容易通过极坐标 2利用极坐标系解决问题的技巧 程化为极坐标方程 (2)先求出曲线的直角坐标方程,再利用极坐标与直角坐标的变换公式,把直角坐标方 余弦定理求解|OM|与的关系 (1)设点 M(,)为曲线上任意一点,由已知条件,构造出三角形,利用三角函数及正、 1求简单曲线的极坐
13、标方程的方法 微信公众号学起而飞 解:(1)由2 9 cos29sin2得 2cos292sin29, 将 xcos ,ysin 代入得到曲线 C 的直角坐标方程是x 2 9 y21. (2)因为2 9 cos29sin2,所以 1 2 cos2 9 sin2, 由 OAOB,设 A(1,),则点 B 的坐标可设为 2, 2 , 所以 1 |OA|2 1 |OB|2 1 21 1 22 cos2 9 sin2sin 2 9 cos21 91 10 9 . 课时跟踪检测课时跟踪检测 1在极坐标系中,求直线cos 6 1 与圆4sin 的交点的极坐标 解:cos 6 1 化为直角坐标方程为3xy2
14、, 即 y 3x2. 4sin 可化为 x2y24y, 把 y 3x2 代入 x2y24y, 得 4x28 3x120, 即(x 3)20, 所以 x 3,y1. 所以直线与圆的交点坐标为( 3,1),化为极坐标为 2, 6 . 2在极坐标系中,已知圆 C 经过点 P 2, 4 ,圆心为直线sin 3 3 2 与极轴的 交点,求圆 C 的极坐标方程 解:在sin 3 3 2 中,令0,得1, 所以圆 C 的圆心坐标为(1,0) 因为圆 C 经过点 P 2, 4 , 所以圆 C 的半径|PC| 221221 2cos 41,于是圆 C 过极点, 所以圆 C 的极坐标方程为2cos . 微信公众号
15、学起而飞 (1)求圆 C 的极坐标方程; (2)直线 OP: 6(R)与圆 C 交于点 M,N,求线段 MN 的长 解:(1)(x 3)2(y1)29 可化为 x2y22 3x2y50, 故其极坐标方程为22 3cos 2sin 50. (2)将 6代入 22 3cos 2sin 50, 得2250, 所以122,125, 所以|MN|12| 4202 6. 4在直角坐标系 xOy 中,以 O 为极点,x 轴正半轴为极轴建立极坐标系曲线 C 的极 坐标方程为cos 3 1,M,N 分别为 C 与 x 轴,y 轴的交点 (1)求 C 的直角坐标方程,并求 M,N 的极坐标; (2)设 MN 的中
16、点为 P,求直线 OP 的极坐标方程 解:(1)由cos 3 1 得 1 2cos 3 2 sin 1. 从而 C 的直角坐标方程为 1 2x 3 2 y1,即 x 3y2. 当0 时,2,所以 M(2,0) 当 2时, 2 3 3 ,所以 N 2 3 3 , 2 . (2)由(1)知 M 点的直角坐标为(2,0),N 点的直角坐标为 0,2 3 3. 所以点 P 的直角坐标为 1, 3 3 ,则点 P 的极坐标为 2 3 3 , 6 , 所以直线 OP 的极坐标方程为 6(R) 5(2018南昌摸底调研)在平面直角坐标系 xOy 中,曲线 C1的方程为(x 3)2(y2)2 4,直线 C2的
17、方程为 y 3 3 x,以 O 为极点,x 轴的非负半轴为极轴建立极坐标系 (1)求曲线 C1和直线 C2的极坐标方程; (2)若直线 C2与曲线 C1交于 P,Q 两点,求|OP|OQ|的值 解:(1)曲线 C1的普通方程为(x 3)2(y2)24, 负半轴为极轴建立极坐标系 3在直角坐标系 xOy 中,圆 C 的方程为(x 3)2(y1)29,以 O 为极点,x 轴的非 微信公众号学起而飞 直线 C2的方程为 y 3 3 x, 直线 C2的极坐标方程为 6(R) (2)设 P(1,1),Q(2,2), 将 6(R)代入 22 3cos 4sin 30, 得2530,123,|OP|OQ|1
18、23. 6(2019山西八校联考)在直角坐标系 xOy 中,曲线 C 的方程为(x3)2(y4)225. 以坐标原点 O 为极点,x 轴正半轴为极轴建立极坐标系 (1)求曲线 C 的极坐标方程; (2)设 l1: 6,l 2: 3,若 l 1,l2与曲线 C 分别交于异于原点的 A,B 两点,求AOB 的面积 解:(1)曲线 C 的普通方程为(x3)2(y4)225, 即 x2y26x8y0. 曲线 C 的极坐标方程为6cos 8sin . (2)设 A 1, 6 ,B 2, 3 . 把 6代入6cos 8sin ,得 143 3, A 43 3, 6 . 把 3代入6cos 8sin ,得
19、234 3, B 34 3, 3 . SAOB1 2 12sinAOB 1 2(43 3)(34 3)sin 3 6 1225 3 4 . 曲线 C1的极坐标方程为22 3cos 4sin 30. 即 x2y22 3x4y30, 微信公众号学起而飞 xtcos , ytsin (t 为参数,t0),其中 0.在 以 O 为极点,x 轴正半轴为极轴的极坐标系中,曲线 C2:2sin ,C3:2 3cos . (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:(1)曲线 C2的直角坐标方程为 x2y22y0, 曲线 C3的
20、直角坐标方程为 x2y22 3x0. 联立 x2y22y0, x2y22 3x0, 解得 x0, y0 或 x 3 2 , y3 2. 所以 C2与 C3交点的直角坐标为(0,0)和 3 2 ,3 2 . (2)曲线 C1的极坐标方程为(R,0),其中 0. 因此 A 的极坐标为(2sin ,),B 的极坐标为(2 3cos ,) 所以|AB|2sin 2 3cos |4|sin 3 |. 当5 6 时,|AB|取得最大值,最大值为 4. 8 (2019郑州一中模拟)在平面直角坐标系中, 曲线 C1的普通方程为 x2y22x40, 曲线 C2的方程为 y2x,以坐标原点 O 为极点,x 轴正半
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