极坐标和参数方程.课件.ppt
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- 坐标 参数 方程 课件
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1、极坐标和参数方程知识框架命题趋势考查的重点:考查的重点:一是参数方程、极坐标方程和曲线的关系;一是参数方程、极坐标方程和曲线的关系;二是由曲线的参数方程、极坐标方程求曲线的基本量主二是由曲线的参数方程、极坐标方程求曲线的基本量主要考查对方程中各量几何意义的理解,知识面不太广,重要考查对方程中各量几何意义的理解,知识面不太广,重在考查基础知识在考查基础知识一、极坐标的概念1.平面上点的极坐标10 1, 如图所示 在平面上取一定点 ,从 引一条射线,再取定一个单位长度并规定角旋转的正方向(通常以逆时针方向为正),这样就构成了一个标. 点称为点,射线称为轴OOOxOOx极坐系极极.图10-1 极坐标
2、系图形示意Ox,M ,.,.,:,.MOMOMOxOMMMMM 设 为平面上任意一点,连接 , 令 表示从 到 的角 称为点 的极径 称为点 的极角这一对有序实数 与 称为点 的极坐标记作0,0,0,0. 当 时 不论 取什么值 都表示极点.当 时 不论 取什么正值 当 都在极轴上0,02,.MMM 当时 对于平面上任意一点 除极点外都可以找到惟一的一对实数与之对应;反过来,对于任意一对实数 也总可以在平面上找到惟一的一点 与之对应.也就是说,当 和 在上述范围内取值的 平面上的点 除极点外 与实数对之间具有一一对应的关系12340,02,3,3,4.例如,如图10-2所示,当时 点和的极坐标
3、11分别为 3,和 1,而极坐标为和 2,所对应的点626分别是和MMMM1234102,MMMM图 的极坐标1M2M3M4Mx1166234O,.0,103( );0,103( )0,;0,. 由于实际应用的需要 极径 和极角 也可以取负值当时 规定在角 的终边上取点使如图a 所示 当时 则在角 的终边的反向延长线上取点,使如图b 所示;当时 极轴按逆时针方向旋转 当时 极轴按顺时针方向旋转MOMMOM103图 极径 和极角 的不同取值Ox,M 0 0O,M 0 0 x234372,1,3,4,6246104.1例如,点在极坐标系内的位置如图所示MMMM 1234104,MMMM 图 点在极
4、坐 标系内的位置1M2M3M4Mx6234O76y图10-5 点M的极坐标OxM344,3733, 3,3,444113,.,243,MMMk 由此可知,在这样的规定下,对于任意一对有序实数仍然可以在平面上确定惟一的点 , 但是反过来,平面上任意一点却对应着无限多对实数,它们都是这个点的极坐标.例如,图10-5中点 的极坐标可以是一般说来 点 的极坐标可以写为 3,-4或 421,kkZ 其中这种点与坐标之间的非一一对应关系是极坐标不同于直角坐标的地方.,.,00.由于 -可用来表示因此 可将的情形转化为的情形来处理.除非必要, 一般不取负值 2.极坐标和直角坐标的互化 极坐标系和直角坐标系是
5、两种不同的坐标系,同一个点可以用极坐标表示,也可以用直角坐标表示.为了研究问题方便,有时需要把它们进行互化.106,.如图所示 把直角坐标系的原点作为极点 轴的非负半轴作为极轴 并在两种坐标系中取相同单位长度x图10-6 直角坐标系与极坐标系的关系xOy, yx,M x y,.: 设是平面上任意一点,它的直角坐标是 x,y极坐标是显然可知M cossinxy10 110 1 ,.(!) 利用公式可以把点的极坐标化为直角坐标公式借助图形记忆.M,.M 设点 的极坐标为 5,- 求它的直角坐标3例1,:由公式 10-1 可得 55cos,32x5 35sin.32y 解55 3,.22,10 1:
6、于是得点的直角坐标为我们也可以把点的直角坐标化为极坐标由公式变化可得MM222tan0 xyyxx1020,02 .tan,. 为了使点极点除外 的极坐标惟一确定,一般可取在由的值确定 时 应该根据点所在的象限决定恰当的MM,.设点的直角坐标为 1,-1 求它的极坐标M例2 :由公式 10-2 可得22112, 1tan1.1 71, 1,472,.4 因为点在第IV象限,所以于是可得点的极坐标为MM解二、曲线的极坐标方程1.曲线的极坐标方程的概念,.,xyxy 在平面上的一条曲线 在直角坐标系中可以用含有 和 的方程来表示同样,在极坐标系中,曲线也可以用含有 和 的方程来表示而且有些曲线在直
7、角坐标系中不容易用 和 的方程表示,但在极坐标系中却可简单地用 和 的方程来表示这就要求我们在解决具体的曲线方程问题时 选择建立恰当的坐标系来得出方程.为了区别这两类曲线方程,我们将曲线在直角坐标系中得出的方程称为标而在极坐标系中得出的方程称为标.直角坐方程,极坐方程利用点的直角坐标与极坐标间的互化公式,可将曲线的直角坐标方程与极坐标方程进行互化.2220. 将等轴双曲线化为极坐标方程xyaa例3,cos ,sin,xy 由公式 10-1 将代入方程 得:22222cossin,a2222cossin.所以 a22cos2,所以a22.cos2即a.这就是所给的等轴双曲线的极坐标方程解2220
8、0.将圆化为极坐标方程xyaxa例4 ,:由公式 10-1 可得 2222cossin2cos0a所以22cos0,a所以02 cos0.或a0,2 cos0 . 因为表示点圆 与已知矛盾 应舍去 所以所求圆的极坐标方程为a0aa解2 sin0,. 将化为直角坐标方程 并作出它的图像aa例52 sin,:a将方程 的两端乘以 得22sin .a又因为222,sin,xyy所以222.xyay即 2220 xyaaa,0,107.caa 显然 这是一个圆心是半径是 的圆 如图所示图10-7 例5题图形xOyc 解 2.极坐标方程的作图 极坐标方程的作图与直角坐标方程、函数的作图一样,都可用描点法
9、.(1)0 ;(2).2a a 作出下列极坐标方程的图像. 例6(1)0 ,;a aaOa 对于方程可以看出当 取任何值时的取值都是 因此方程的图像是以极点 为圆心, 为半径的圆图10-8 1080a a图 例6题(1) 的图像xOaa,0a解(2),2,2. 对于方程可以看出当 取任何值时的取值都是因此方程的图像是通过极点且垂直于极轴的直线图10-9OBA1092图 例6题(2) 图形xO22AB,. 在极坐标系中 有时方程的形式简单 但所表示的曲线却比较复杂如果只用描点法,则需要求出曲线上相当多的点,才能画出整个曲线.为了作图的方便,我们先来了解曲线对称性.31411,10 10 ,;,2
10、.12 设是极坐标系中任意一点 图是关于极点的对称点是关于极轴的对称点;是关于直线的对称点MMMMMMM 图10-10 极坐标系中的对称关系xO21,M 2,M3,M 4,M ,由以上点的对称关系 可得到曲线的对称关系见表10-1.f = f线对称关表10 -1 曲的系以代替 ,方程不变以代替 ,方程不变曲线关于极点对称曲线关于极轴对称 以- 代替 ,同时以-代替 ,方程不变曲线关于 =对称21 cos0.作出方程的图像aa例7 coscos ,. 因为-所以用- 代替方程不变 因此这方程表示的曲线是关于极轴对称的 0.将与 的对应值列表如下 表10-20对应表10 - 2 与 的值0060.
11、13a40.29a30.5a2a231.5a341.71a561.87a2a解 依照上表作出各点并连成光滑的曲线,再根据对称性就可作出所给方程的全部图像(图10-11),这曲线称为心形线.图10-11 心形线xO23462334562a3.极坐标方程的建立 ,. 我们知道曲线可以看成是适合某种条件的点的轨迹.如果在极坐标系内用流动坐标将满足的条件表示成一个关系式则这个关系式就是曲线的极坐标方程f 0,.A aa 求经过点,0 且而和极轴垂直的直线的极坐标方程例8 10-12,.,2MOMOMAOMaOAM 如图所示,设是直线上任意一点.连接,则=又因为所以有cos 即 cos a.这就是所求直
12、线的极坐标方程图10-12 例8图形xO,0A a,M 解 设有一圆经过极点 ,圆心 在极轴上,半径为 ,求它的极坐标方程.OCa例9,10 13 ,2 ,2cos,2MOMMAOMAOMOMAOAaa 设 是圆上任意一点 图连接 及 则 因为 所以 即 2 cosa, 这就是所求圆的极坐标方程 它与例4所化成的极坐标方程一致.图10-13 例9图形xO,M AC解 *4.等速螺线及其方程 当一个动点沿着一条射线做等速运动,而射线又绕着它的端点做等角速旋转时,这个动点的轨迹叫做等速螺线(阿基米德螺线).下面我们来建立等速螺线的极坐标方程.0010 14,.,0 ,.lOOxMMllO 如图所示
13、 以射线 的端点为极点 射线的初始位置为极轴 设曲线上动点M的坐标为 动点在初始位置 的坐标为 在 上运动的速度为 绕 转动的角速度为,t,M 可以得出 经过时刻 点的极径为:0t图10-14 等速螺线的极坐标系xO00,0M,M l:极角为t由于t所以0,:令得a00,0 .为常数 且aaa.这就是等速螺线的极坐标方程00,.,. 如果即动点由极点 开始运动,那么这时 极径 与极角 成正比MOa0.下面我们来作等速螺线的图像aa,.2 在方程中,以- 代替同时以代替方程不变 所以曲线关于直线对称0103 .将与 的对应值列表如下 表 0 对应表10 - 3 与 的值,0,0,.10310 1
14、5,.a由上表取值可以看出当 时 所以曲线由极点开点 又当 增大时 也随之增大, 每转一圈增加 2 , 也相应增加 2 依照表可作出曲线如图所示 图中虚线表示 为负值 时的曲线 004a42a234a34a54a5432a3274a742 a2图10-15 等速螺线OxABCD如图10-16所示,一凸轮的轮廓线由和两段曲线组成. 为启动时从动杆与凸轮的接触点,凸轮轴心 与 点的距离为100mm.当凸轮按箭头方向做等角速转动时,要求:段推动从动杆向右做等速直线运动,其最大推程为10mm;当从动杆接触到轮廓线上点 时,由于弹簧的作用从动杆就向左移动到 ,开始与凸轮的段相接触,从动杆接触段时不动,试
15、求凸轮的轮廓线段和段的极坐标CDEABCCOCCDEEAABCABCABCCDE例10 方程.图10-16 例10图形10010OABCEDOOC 取凸轮轴心 为极点,以 为极轴,建立极坐标系. 因为CDE段的作用是将凸轮的等角速转动化为从动杆的等速直线运动,故曲线为等速螺线,设CDE段的极坐标方程为0a100,0110,., 由于点和在曲线上 因此这两点的坐标都满足上述方程把它们分别代入方程 得下列方程组:CE00,100=110=a:解此方程组得010100,.a解:所以段的极坐标方程为CDE10100,0, ,100,:又因为从动杆接触段时不动 故段应为半径等于圆心在极点的圆弧 它的极坐
16、标方程为ABCABC100,2知识梳理极轴极轴极坐标系极坐标系极径极径极角极角极坐标极坐标2x2y22acos要点探究 探究点探究点1平面直角坐标系中图象的变换平面直角坐标系中图象的变换 【思路思路】把中心不在原点的椭圆通过平移变换化为中把中心不在原点的椭圆通过平移变换化为中心在原点的椭圆,再通过伸缩变换化为中心在原点的单位心在原点的椭圆,再通过伸缩变换化为中心在原点的单位圆圆 【点评】【点评】本题设计的目的是考查平面直角坐标系中图象本题设计的目的是考查平面直角坐标系中图象的变换的基本应用意在通过曲线图象的变换,的变换的基本应用意在通过曲线图象的变换, 来表示对应来表示对应的坐标伸缩变换对于伸
17、缩变换下图象对应的方程变化也是的坐标伸缩变换对于伸缩变换下图象对应的方程变化也是应该掌握的,但在本讲中只作了解应该掌握的,但在本讲中只作了解. 【思路思路】通过坐标变换求出曲线的变换方程通过坐标变换求出曲线的变换方程 【点评】【点评】曲线的伸缩变换和平移变换在具体解题时往往要综曲线的伸缩变换和平移变换在具体解题时往往要综合使用,两个步骤的变换,变换的顺序不同,变换的大小是不一合使用,两个步骤的变换,变换的顺序不同,变换的大小是不一样的,通过实例比较加以区别样的,通过实例比较加以区别 探究点探究点2极坐标与直角坐标的互化极坐标与直角坐标的互化 【思路思路】利用极坐标和直角坐标的互化公式把极坐利用
18、极坐标和直角坐标的互化公式把极坐标方程化为直角坐标方程标方程化为直角坐标方程. 【点评】【点评】 极坐标和直角坐标的两组互化公式必须满足三个极坐标和直角坐标的两组互化公式必须满足三个条件才能使用:条件才能使用:(1)原点和极点重合;原点和极点重合;(2)x轴正半轴与极轴重合;轴正半轴与极轴重合;(3)两坐标系中长度单位相同极坐标和直角坐标的互化中,更两坐标系中长度单位相同极坐标和直角坐标的互化中,更要注意等价性,特别是两边同乘要注意等价性,特别是两边同乘n时,方程增加了一个时,方程增加了一个n重解重解0,要判断它是否是方程的解,若不是要去掉该解,要判断它是否是方程的解,若不是要去掉该解 探究点
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