2020版高考數(shù)學(xué)一輪復(fù)習(xí) 坐標系與參數(shù)方程 第一節(jié) 坐標系學(xué)案 文（含解析）新人教A版選修4-4

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1、第一節(jié)　坐　標　系 2019考綱考題考情 1．平面直角坐標系中的伸縮變換 設(shè)點P(x，y)是平面直角坐標系中的任意一點，在變換φ：的作用下，點P(x，y)對應(yīng)點P′(x′，y′)，稱φ為平面直角坐標系中的坐標伸縮變換，簡稱伸縮變換。 2．極坐標的概念 (1)極坐標系： 如圖所示，在平面內(nèi)取一個定點O，叫做極點，從O點引一條射線Ox，叫做極軸，選定一個單位長度和角及其正方向(通常取逆時針方向)，這樣就確定了一個平面極坐標系，簡稱為極坐標系。 (2)極坐標： 對于平面內(nèi)任意一點M，用ρ表示線段OM的長，θ表示以O(shè)x為始邊、OM為終邊的角度，ρ叫做點M的極徑，

2、θ叫做點M的極角，有序?qū)崝?shù)對(ρ，θ)叫做點M的極坐標，記作M(ρ，θ)。 當(dāng)點M在極點時，它的極徑ρ＝0，極角θ可以取任意值。 (3)點與極坐標的關(guān)系： 平面內(nèi)一點的極坐標可以有無數(shù)對，當(dāng)k∈Z時，(ρ，θ)，(ρ，θ＋2kπ)，(－ρ，θ＋(2k＋1)π)表示同一個點，而用平面直角坐標表示點時，每一個點的坐標是唯一的。 如果規(guī)定ρ＞0,0≤θ＜2π，或者－π＜θ≤π，那么，除極點外，平面內(nèi)的點和極坐標就一一對應(yīng)了。 3．極坐標和直角坐標的互化 (1)互化背景：把平面直角坐標系的原點作為極點，x軸的正半軸作為極軸，建立極坐標系，并在兩種坐標系中取相同的單位長度，如圖所示。

3、(2)互化公式：設(shè)M是坐標平面內(nèi)任意一點，它的直角坐標是(x，y)，極坐標是(ρ，θ)(ρ＞0，θ∈[0,2π))，于是極坐標與直角坐標的互化公式如表： 在一般情況下，由tanθ確定角時，可根據(jù)點M所在的象限取最小正角。 4．常見曲線的極坐標方程 1．明辨兩個坐標 伸縮變換關(guān)系式點(x，y)在原曲線上，點(x′，y′)在變換后的曲線上，因此點(x，y)的坐標滿足原來的曲線方程，點(x′，y′)的坐標滿足變換后的曲線方程。 2．極坐標方程與直角坐標方程互化 (1)公式代入：直角坐標方程化為極坐標方程公式x＝ρcosθ及y＝ρsinθ直接代入并化簡。 (2)整

4、體代換：極坐標方程化為直角坐標方程，變形構(gòu)造形如ρcosθ，ρsinθ，ρ2的形式，進行整體代換。 一、走進教材 1．(選修4－4P15T4改編)在極坐標系中，圓ρ＝－2sinθ的圓心的極坐標是(　　) A． B． C．(1,0) D．(1，π) 解析　由ρ＝－2sinθ，得ρ2＝－2ρsinθ，化成直角坐標方程為x2＋y2＝－2y，化成標準方程為x2＋(y＋1)2＝1，圓心坐標為(0，－1)，其對應(yīng)的極坐標為。故選B。 解析：由ρ＝－2sinθ＝2cos，知圓心的極坐標為。故選B。 答案　B 2．(選修4－4P15T3改編)若以直角坐標系的原點為極點，x軸的正半軸

5、為極軸建立極坐標系，則線段y＝1－x(0≤x≤1)的極坐標方程為(　　) A．ρ＝，0≤θ≤ B．ρ＝，0≤θ≤ C．ρ＝cosθ＋sinθ，0≤θ≤ D．ρ＝cosθ＋sinθ，0≤θ≤ 解析　因為y＝1－x(0≤x≤1)，所以ρsinθ＝1－ρcosθ(0≤ρcosθ≤1)，所以ρ＝。故選A。 答案　A 二、走出誤區(qū) 微提醒：①極坐標與直角坐標的互化致誤；②求極坐標方程不會結(jié)合圖形求解致誤。 3．將極坐標化為直角坐標為(　　) A．(0,2) B．(0，－2) C．(2,0) D．(－2,0) 解析　由可知直角坐標為(0，－2)。故選B。 答案　B 4．

6、在極坐標系中，過點且與極軸平行的直線方程是(　　) A．ρ＝0 B．θ＝ C．ρcosθ＝2 D．ρsinθ＝2 解析　極坐標為的點的直角坐標為(0,2)，過該點且與極軸平行的直線的方程為y＝2，其極坐標方程為ρsinθ＝2。故選D。 答案　D 5．在極坐標系中，圓心在(，π)且過極點的圓的方程為________。 解析　如圖，O為極點，OB為直徑，A(ρ，θ)，則∠ABO＝θ－，OB＝2＝，化簡得ρ＝－2cosθ。 答案　ρ＝－2cosθ 考點一伸縮變換 【例1】　(1)曲線C：x2＋y2＝1經(jīng)過伸縮變換得到曲線C′，則曲線C′的方程為________。 (2)曲

7、線C經(jīng)過伸縮變換后所得曲線的方程為x′2＋y′2＝1，則曲線C的方程為________。 解析　(1)因為所以代入曲線C的方程得C′：＋y′2＝1。 (2)根據(jù)題意，曲線C經(jīng)過伸縮變換后所得曲線的方程為x′2＋y′2＝1，則(2x)2＋(3y)2＝1，即4x2＋9y2＝1，所以曲線C的方程為4x2＋9y2＝1。 答案　(1)＋y′2＝1　(2)4x2＋9y2＝1 1．平面上的曲線y＝f(x)在變換φ：的作用下的變換方程的求法是將代入y＝f(x)，整理得y′＝h(x′)為所求。 2．解答該類問題應(yīng)明確兩點：一是根據(jù)平面直角坐標系中的伸縮變換公式的意義與作用；二是明確變換前的點P(x

8、，y)與變換后的點P′(x′，y′)的坐標關(guān)系，用方程思想求解。 【變式訓(xùn)練】　(1)在同一平面直角坐標系中，已知伸縮變換φ：則點A經(jīng)過變換后所得的點A′的坐標為________。 (2)雙曲線C：x2－＝1經(jīng)過伸縮變換φ：后所得曲線C′的焦點坐標為________。 解析　(1)設(shè)A′(x′，y′)，由伸縮變換φ：得到由于點A的坐標為，于是x′＝3×＝1，y′＝×(－2)＝－1，所以A′的坐標為(1，－1)。 (2)設(shè)曲線C′上任意一點P′(x′，y′)，將代入x2－＝1，得－＝1，化簡得－＝1，即為曲線C′的方程，知C′仍是雙曲線，其焦點坐標分別為(－5,0)，(5,0)。 答案

9、　(1)(1，－1)　(2)(－5,0)，(5,0) 考點二極坐標與直角坐標的互化 【例2】　(2018·全國卷Ⅰ)在直角坐標系xOy中，曲線C1的方程為y＝k|x|＋2。以坐標原點為極點，x軸正半軸為極軸建立極坐標系，曲線C2的極坐標方程為ρ2＋2ρcosθ－3＝0。 (1)求C2的直角坐標方程； (2)若C1與C2有且僅有三個公共點，求C1的方程。 解　(1)由x＝ρcosθ，y＝ρsinθ得C2的直角坐標方程為(x＋1)2＋y2＝4。 (2)由(1)知C2是圓心為A(－1,0)，半徑為2的圓。 由題設(shè)知，C1是過點B(0,2)且關(guān)于y軸對稱的兩條射線。記y軸右邊的射線為l1

10、，y軸左邊的射線為l2。由于B在圓C2的外面，故C1與C2有且僅有三個公共點等價于l1與C2只有一個公共點且l2與C2有兩個公共點，或l2與C2只有一個公共點且l1與C2有兩個公共點。 當(dāng)l1與C2只有一個公共點時，A到l1所在直線y＝kx＋2的距離為2，所以＝2，故k＝－或k＝0。 經(jīng)檢驗，當(dāng)k＝0時，l1與C2沒有公共點；當(dāng)k＝－時，l1與C2只有一個公共點，l2與C2有兩個公共點。 當(dāng)l2與C2只有一個公共點時，A到l2所在直線y＝－kx＋2的距離為2，所以＝2，故k＝0或k＝。 經(jīng)檢驗，當(dāng)k＝0時，l1與C2沒有公共點；當(dāng)k＝時，l2與C2沒有公共點。 綜上，所求C1的方程為

11、y＝－|x|＋2。 1．極坐標與直角坐標的互化依據(jù)是x＝ρcosθ，y＝ρsinθ。 2．互化時要注意前后的等價性。 【變式訓(xùn)練】　(1)在平面直角坐標系xOy中，以坐標原點O為極點，x軸的正半軸為極軸建立極坐標系，曲線C的極坐標方程為ρ＝4sin。求曲線C的直角坐標方程。 (2)在平面直角坐標系中，曲線C1：(α為參數(shù))經(jīng)過伸縮變換后的曲線為C2，以坐標原點為極點，x軸正半軸為極軸建立極坐標系。求C2的極坐標方程。 解　(1)把ρ＝4sin展開得ρ＝2sinθ＋2cosθ， 兩邊同乘ρ，得ρ2＝2ρsinθ＋2ρcosθ?、?。 將ρ2＝x2＋y2，ρcosθ＝x，ρsinθ

12、＝y(tǒng)代入①即得曲線C的直角坐標方程為x2＋y2－2x－2y＝0。 (2)由題意得曲線C2的參數(shù)方程為(α為參數(shù))， 則曲線C2的直角坐標方程為(x′－1)2＋y′2＝1， 將x′＝ρcosθ，y′＝ρsinθ代入整理得ρ＝2cosθ，所以曲線C2的極坐標方程為ρ＝2cosθ。 考點三求曲線的極坐標方程 【例3】　在極坐標系中，直線C1的極坐標方程為ρsinθ＝2，M是C1上任意一點，點P在射線OM上，且滿足|OP|·|OM|＝4，記點P的軌跡為C2。 (1)求曲線C2的極坐標方程； (2)求曲線C2上的點到直線ρcos＝距離的最大值。 解　(1)設(shè)P(ρ1，θ)，M(ρ2，θ)

13、， 由|OP|·|OM|＝4，得ρ1ρ2＝4，即ρ2＝。 因為M是C1上任意一點，所以ρ2sinθ＝2， 即sinθ＝2，ρ1＝2sinθ。 所以曲線C2的極坐標方程為ρ＝2sinθ。 (2)由ρ＝2sinθ，得ρ2＝2ρsinθ，即x2＋y2－2y＝0， 化為標準方程為x2＋(y－1)2＝1， 則曲線C2的圓心坐標為(0,1)，半徑為1， 由直線ρcos＝， 得：ρcosθcos－ρsinθsin＝，即x－y＝2， 圓心(0,1)到直線x－y＝2的距離為 d＝＝， 所以曲線C2上的點到直線ρcos＝距離的最大值為1＋。 求曲線的極坐標方程的步驟：(1)建立適當(dāng)?shù)?/p>

14、極坐標系，設(shè)P(ρ，θ)是曲線上任意一點；(2)由曲線上的點所適合的條件，列出曲線上任意一點的極徑ρ和極角θ之間的關(guān)系式；(3)將列出的關(guān)系式進行整理、化簡，得出曲線的極坐標方程。 【變式訓(xùn)練】　(2019·廣州五校聯(lián)考)在極坐標系中，圓C是以點C為圓心，2為半徑的圓。 (1)求圓C的極坐標方程； (2)求圓C被直線l：θ＝－(ρ∈R)所截得的弦長。 解　(1)設(shè)所求圓上任意一點M(ρ，θ)，如圖， 在Rt△OAM中，∠OMA＝， ∠AOM＝2π－θ－，|OA|＝4。 因為cos∠AOM＝， 所以|OM|＝|OA|·cos∠AOM， 即ρ＝4cos＝4cos， 驗證可知

15、，極點O與A的極坐標也滿足方程，故ρ＝4cos為所求。 (2)設(shè)l：θ＝－(ρ∈R)交圓C于點O，P，在Rt△OAP中，∠OPA＝，易得∠AOP＝， 所以|OP|＝|OA|cos∠AOP＝2。 解：(1)圓C是將圓ρ＝4cosθ繞極點按順時針方向旋轉(zhuǎn)而得到的圓， 所以圓C的極坐標方程是ρ＝4cos。 (2)將θ＝－代入圓C的極坐標方程 ρ＝4cos，得ρ＝2， 所以圓C被直線l：θ＝－(ρ∈R)所截得的弦長為2。 考點四極坐標方程的應(yīng)用 【例4】　在平面直角坐標系xOy中，直線l的方程是x＝4。曲線C的參數(shù)方程是(φ為參數(shù))。以坐標原點為極點，x軸的正半軸為極軸建立極

16、坐標系。 (1)求直線l和曲線C的極坐標方程； (2)若射線θ＝α與曲線C交于點O，A，與直線l交于點B，求的取值范圍。 解　(1)由x＝ρcosθ，得直線l的極坐標方程為ρcosθ＝4。 曲線C的參數(shù)方程為(φ為參數(shù))， 消去參數(shù)φ得曲線C的普通方程為(x－1)2＋(y－1)2＝2， 即x2＋y2－2x－2y＝0， 將x2＋y2＝ρ2，x＝ρcosθ，y＝ρsinθ代入上式得ρ2＝2ρcosθ＋2ρsinθ， 所以曲線C的極坐標方程為ρ＝2cosθ＋2sinθ。 (2)設(shè)A(ρ1，α)，B(ρ2，α)， 則ρ1＝2cosα＋2sinα，ρ2＝， 所以＝＝＝＝(sin2α

17、＋cos2α)＋＝sin＋， 因為0<α<，所以<2α＋<， 所以

18、曲線C的極坐標方程為ρ＝4cosθ， 所以曲線C是圓心為(2,0)，直徑為4的圓。 因為直線l的極坐標方程為ρsin＝2， 則直線l過A(4,0)，傾斜角為， 所以A為直線l與圓C的一個交點。 設(shè)另一個交點為B，則∠AOB＝。連接OB。 因為OA為直徑，從而∠OBA＝， 所以AB＝4cos＝2。 因此，直線l被曲線C截得的弦長為2。 (2)①曲線C1的普通方程為(x－)2＋(y－2)2＝4， 即x2＋y2－2x－4y＋3＝0， 則曲線C1的極坐標方程為ρ2－2ρcosθ－4ρsinθ＋3＝0。 因為直線C2的方程為y＝x， 所以直線C2的極坐標方程為θ＝(ρ∈R)

19、。 ②設(shè)P(ρ1，θ1)，Q(ρ2，θ2)， 將θ＝(ρ∈R)代入ρ2－2ρcosθ－4ρsinθ＋3＝0得， ρ2－5ρ＋3＝0，所以ρ1ρ2＝3， 所以|OP|·|OQ|＝ρ1ρ2＝3。 1．(配合例4使用)在直角坐標系xOy中，圓C1的參數(shù)方程為(α為參數(shù))。以坐標原點為極點，x軸的正半軸為極軸建立極坐標系，直線C2的極坐標方程為θ＝(ρ∈R)。 (1)求圓C1的極坐標方程和直線C2的直角坐標方程； (2)設(shè)C1與C2的交點為P，Q，求△C1PQ的面積。 解　(1)直線C2的直角坐標方程為x＋y＝0。 圓C1的普通方程為(x＋2)2＋(y－4)2＝4， 因為x＝ρ

20、cosθ，y＝ρsinθ， 所以C1的極坐標方程為ρ2＋4ρcosθ－8ρsinθ＋16＝0。 (2)將θ＝代入ρ2＋4ρcosθ－8ρsinθ＋16＝0， 得ρ2－6ρ＋16＝0， 解得ρ1＝4，ρ2＝2， 故|ρ1－ρ2|＝2，即|PQ|＝2。 由于圓C1的半徑為2，所以△C1PQ的面積為2。 2．(配合例4使用)在直角坐標系xOy中，直線l的方程是y＝6，圓C的參數(shù)方程是(φ為參數(shù))，以原點O為極點，x軸的非負半軸為極軸建立極坐標系。 (1)分別求直線l與圓C的極坐標方程； (2)射線OM：θ＝α與圓C的交點為O，P兩點，與直線l交于點M，射線ON：θ＝α＋與圓C交于O，Q兩點，與直線l交于點N，求·的最大值。 解　(1)直線l的方程是y＝6，可得極坐標方程：ρsinθ＝6，圓C的參數(shù)方程是(φ為參數(shù))， 可得普通方程：x2＋(y－1)2＝1， 展開為x2＋y2－2y＝0。 化為極坐標方程：ρ2－2ρsinθ＝0，即ρ＝2sinθ。 (2)由題意可得：點P，M的極坐標為(2sinα，α)，。 所以|OP|＝2sinα，|OM|＝，可得＝。 同理可得＝＝。 所以·＝≤。 當(dāng)α＝時，取等號。 所以·的最大值為。 12