時(shí)間:2022-09-27 03:32:24
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參數(shù)方程化為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)方程:
1、利用三角恒等式進(jìn)行消參。消參過程中都應(yīng)注意等價(jià)性,即應(yīng)考慮變量的取值范圍,一般來說應(yīng)分別給出x,?y的范圍。在這過程中實(shí)際上是求函數(shù)值域的過程,因而可以綜合運(yùn)用求值域的各種方法。?
2、所指定參數(shù)不同,方程所表示的曲線也各不相同。從而給出參數(shù)方程一般應(yīng)指明所取參數(shù)。
3、在某些特殊情況,消參之后給出x,y的范圍也不能說明原曲線的軌跡,這時(shí)應(yīng)用語言作補(bǔ)充說明。
(來源:文章屋網(wǎng) )
一、探求幾何最值問題
有時(shí)在求多元函數(shù)的幾何最值有困難,我們不妨采用參數(shù)方程進(jìn)行轉(zhuǎn)化,化為求三角函數(shù)的最值問題來處理。
例1(1984年考題)在ABC中,∠A,∠B,∠C所對(duì)的邊分別為a、b、c,且c=10,,P為ABC的內(nèi)切圓的動(dòng)點(diǎn),求點(diǎn)P到頂點(diǎn)A、B、C的距離的平方和的最大值和最小值。
解由,運(yùn)用正弦定理,可得:
sinA·cosA=sinB·cosB
sin2A=sin2B
由A≠B,可得2A=π-2B。
A+B=,則ABC為直角三角形。
又C=10,,可得:
a=6,b=8,r=2
如圖建立坐標(biāo)系,則內(nèi)切圓的參數(shù)方程為
所以圓上動(dòng)點(diǎn)P的坐標(biāo)為(2+2cosα,2+2sinα),從而=80-8cosα
因0≤α<2π,所以
例2過拋物線(t為參數(shù),p>0)的焦點(diǎn)作傾角為θ的直線交拋物線于A、B兩點(diǎn),設(shè)0<θ<π,當(dāng)θ取什么值時(shí),|AB|取最小值。
解拋物線(t為參數(shù))
的普通方程為=2px,其焦點(diǎn)為。
設(shè)直線l的參數(shù)方程為:
(θ為參數(shù))
代入拋物線方程=2px得:
又0<θ<π
當(dāng)θ=時(shí),|AB|取最小值2p。
二、解析幾何中證明型問題
運(yùn)用直線和圓的標(biāo)準(zhǔn)形式的參數(shù)方程中參數(shù)的幾何意義,能簡捷地解決有關(guān)與過定點(diǎn)的直線上的動(dòng)點(diǎn)到定點(diǎn)的距離有關(guān)的問題。
例3在雙曲線中,右準(zhǔn)線與x軸交于A,過A作直線與雙曲線交于B、C兩點(diǎn),過右焦點(diǎn)F作AC的平行線,與雙曲線交于M、N兩點(diǎn),求證:|FM|·|FN|=·|AB|·|AC|(e為離心率)。
證明設(shè)F點(diǎn)坐標(biāo)為(c,0),
A點(diǎn)坐標(biāo)為(,0)。
又,設(shè)AC的傾角為α,則直線AC與MN的參數(shù)方程依次為:
將①、②代入雙曲線方程,化簡得:
同理,將③、④代入雙曲線方程整理得:
|FM|·|FN|=
|FM|·|FN|=|AB|·|AC|。
雙曲線的一條準(zhǔn)線與實(shí)軸交于P點(diǎn),過P點(diǎn)引一直線和雙曲線交于A、B兩點(diǎn),又過一焦點(diǎn)F引直線垂直于AB和雙曲線交于C、D兩點(diǎn),求證:|FC|·|FD|=2|PA|·|PB|。
證明由已知可得。設(shè)直線AB的傾角為α,則直線AB
的參數(shù)方程為
(t為參數(shù))
代入,可得:
據(jù)題設(shè)得直線CD方程為(t為參數(shù))
代入,得:,從而得,
即得|FC|·|FD|=2|PA|·|PB|。
三、探求解析幾何定值型問題
在解析幾何中點(diǎn)的坐標(biāo)為(x,y),有二個(gè)變?cè)?,若用參?shù)方程則只有一個(gè)變?cè)瑒t對(duì)于有定值和最值時(shí),參數(shù)法顯然比較簡單。
例5從橢圓上任一點(diǎn)向短軸的兩端點(diǎn)分別引直線,求這兩條直線在x軸上截距的乘積。
解化方程為參數(shù)方程:
(θ為參數(shù))
設(shè)P為橢圓上任一點(diǎn),則P(3cosθ,2sinθ)。
于是,直線BP的方程為:
直線的方程為:
令y=0代入BP,的方程,分別得它們?cè)趚軸上的截距為和。
故截距之積為:()·()=9。
四、探求參數(shù)的互相制約條件型問題
例6如果橢圓與拋物線=6(x-n)有公共點(diǎn),試求m、n滿足
的條件。
分析如果本題采用常規(guī)的代入消元法,將其轉(zhuǎn)化為關(guān)于x的一元二次方程來解,極易導(dǎo)致錯(cuò)誤,而且很難發(fā)現(xiàn)其錯(cuò)誤產(chǎn)生的原因。若運(yùn)用參數(shù)方程來解,則可“輕車熟路”,直達(dá)解題終點(diǎn)。
解設(shè)橢圓的參數(shù)方程為
拋物線的參數(shù)方程為
(t為參數(shù))
因它們相交,從而有:
由②得:
代入①得:
配方得:。即
問題1:經(jīng)過點(diǎn)M(x,y)的直線有多少條?
問題2:再加一個(gè)什么條件就可以確定一條直線?
教師:請(qǐng)同學(xué)們說出經(jīng)過點(diǎn)M(x,y),傾斜角為θ的直線的方程。
學(xué)生:根據(jù)點(diǎn)斜式,斜率k=tanθ,所以直線方程為y-y=tanθ(x-x)。
2.新課講解
教師:能否引進(jìn)一個(gè)參數(shù),使得直線上任何一點(diǎn)M(x,y)都能用這個(gè)參數(shù)來表示?
學(xué)生:利用|MM|,就是利用M到M的距離。
教師:如果利用距離的話,一個(gè)參數(shù)就會(huì)對(duì)應(yīng)兩個(gè)點(diǎn)了,如何解決這個(gè)問題呢?
學(xué)生:根據(jù)方向來區(qū)分,向上是正的,向下是負(fù)的。
教師:很好,那跟方向有關(guān)的話,我們能想到什么?
學(xué)生:向量。
教師:不錯(cuò),那我們能否找到一個(gè)單位向量和直線是平行的?如果可以的話,那p的坐標(biāo)是什么?并給出提示:op要滿足什么條件就會(huì)和直線是平行的?
學(xué)生:可以,根據(jù)斜率相同就可以了,所以p(cosθ,sinθ),記==(cosθ,sinθ)。
教師:因?yàn)楹褪枪簿€的,所以就可以用表示出來,即=t,那么,M的坐標(biāo)如何用參數(shù)來表示呢?
學(xué)生:根據(jù)向量相等,就能得出直線的參數(shù)方程x=x+tcosθy=y+tsinθ。
教師:這個(gè)參數(shù)方程跟哪種曲線的參數(shù)方程是很像的,有什么區(qū)別?
學(xué)生:跟圓的參數(shù)方程很像,區(qū)別在于,在直線的參數(shù)方程中t是參數(shù),在圓的參數(shù)方程中θ是參數(shù)。
教師:參數(shù)t的幾何意義是什么呢?
學(xué)生:因?yàn)?|t|=|t|,所以|t|就是M到M的距離。
教師:什么時(shí)候是正的,什么時(shí)候是負(fù)的?
學(xué)生:根據(jù)向量的數(shù)乘可知,如果與同向,則t是正的,反之t是負(fù)的。
教師:很好,那我們看一下的方向有什么特點(diǎn)?
學(xué)生:根據(jù)傾斜角θ的范圍,可以知道的方向總是向上的。
教師:所以我們直接看的方向就可以了,如果的方向是向上的,則t是正的,反之t是負(fù)的。
教師:那M所對(duì)應(yīng)的參數(shù)是多少?
學(xué)生:根據(jù)參數(shù)的幾何意義可知,M所對(duì)應(yīng)的參數(shù)是0。
3.例題講解
例1:已知直線l∶x+y-1=0與拋物線y=x交于A、B兩點(diǎn),求線條AB的長和點(diǎn)M(-1,2)到A,B兩點(diǎn)的距離之積。
學(xué)生:思考,互相交流。
教師:直線l的參數(shù)方程是什么?
學(xué)生:因?yàn)镸(-1,2)在直線l上,θ=,所以直線l的參數(shù)方程是x=-1-ty=2+t。
教師:能否利用參數(shù),線段AB的長就是什么?
學(xué)生:根據(jù)參數(shù)的幾何意義可以得出,|AB|=|t|+|t|。
教師:那如何解出t,t呢?
學(xué)生:因?yàn)閠,t是A,B兩點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的參數(shù),而A,B兩點(diǎn)是直線與拋物線的交點(diǎn),所以將直線的參數(shù)方程代入拋物線方程,得到2+t=(-1-t),化簡得t+t-2=0,所以t,t就是上述方程的兩個(gè)解。
教師:那|MA||MB|=?
學(xué)生:根據(jù)韋達(dá)定理|MA||MB|=|t||t|=|tt|=2。
教師:求|AB|能不能也根據(jù)韋達(dá)定理,不解方程來做?引導(dǎo)學(xué)生從向量的角度來考慮,因?yàn)?-=t-t=(t-t),所以|AB|=|t-t|,那如何用韋達(dá)定理呢?
學(xué)生:|AB|=|t-t|==。
教師:說明一下|AB|=|t-t|是通用的,其中t,t是A,B所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)參數(shù)。
那A,B的中點(diǎn)P所對(duì)應(yīng)的參數(shù)等于多少呢?
學(xué)生:猜測(cè)中點(diǎn)P所對(duì)應(yīng)的參數(shù)為。
教師:通過畫圖來解釋,或者根據(jù)向量=+。
例2:經(jīng)過點(diǎn)M(2,1)作直線l,交橢圓+=1于A,B兩點(diǎn)。如果點(diǎn)M恰好為線段AB的中點(diǎn),求直線l的方程。
一、利用參數(shù)方程求點(diǎn)的坐標(biāo)
例1:已知直線l經(jīng)過點(diǎn)P(1,2),且傾斜角為■,求直線l上到點(diǎn)P的距離為■的點(diǎn)的坐標(biāo)。
分析:寫出l的參數(shù)方程之后,要求點(diǎn)的坐標(biāo),關(guān)鍵在于對(duì)參數(shù)t的幾何意義的了解。
解:直線l的參數(shù)方程為
x=1+tcos■ x=1+■t (t為參數(shù))
y=2+tstin■ 即y=2+■t
在直線l上到點(diǎn)P的距離為■的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的參數(shù)t滿足|t|=■即t=±■,代入l的參數(shù)方程,得x=3y=4或x=-1y=0。
所以,所求點(diǎn)的坐標(biāo)為(3,4)和(-1,0)。
二、利用參數(shù)方程求長度
例2:已知橢圓■+■=1,和點(diǎn)P(2,1),過P作橢圓的弦,使P是弦的中點(diǎn),求弦長。
解:設(shè)弦所在的直線方程為:x=2+tcosθy=1+tsinθ(t為參數(shù))
代入橢圓方程,得(2+tcosθ)2+4(1+tsinθ)2=16
化簡:得(cos2θ+4sin2θ)2+4(cosθ+2sinθ)-8=0
P為中點(diǎn),弦長=|t1-t2|=■=■
=■=■
=■=2■
三、利用參數(shù)方程求最值
例3:已知橢圓方程為■+■=1,求它的內(nèi)接矩形的面積的最大值。
解:橢圓參數(shù)方程為x=acosθy=btcosθ(θ為參數(shù))
設(shè)橢圓內(nèi)接矩形的一個(gè)頂點(diǎn)為(acosθ,bsinθ)(θ為銳角)
則矩形面積S=4acosθ?bsinθ=2absin2θ≤2ab
Smax=2ab
四、利用參數(shù)方程求軌跡
例4:已知拋物線y2=x+1,定點(diǎn)A(3,1),B為拋物線上任意一點(diǎn),點(diǎn)P在線段AB上,且有BP:PA=1:2,當(dāng)點(diǎn)B在拋物線上變動(dòng)時(shí),求點(diǎn)P的軌跡方程。
分析:設(shè)點(diǎn)P的坐標(biāo)為(x,y),點(diǎn)B的坐標(biāo)為(x0+y0),由于AP:BP=2:1,得x=■,y=■
即x0=■,y0=■
由于B(x0,y0)的拋物線y2=x+1上,或y20=x0+1
將②代入③,得(■)2=■+1
化簡得3y2-2x-2y+1=0
即x=■y2-y+■
即x=y2,此軌跡為拋物線。
例5:∠MON=60°,邊長為a的正三角形APB在∠MON內(nèi)滑動(dòng),使得A始終在OM上,且O、P兩點(diǎn)在AB兩側(cè),求P點(diǎn)的軌跡方程。
解:如圖建立直角坐標(biāo)系,設(shè)P(x,y),∠PBN=θ,θ為參數(shù),且0≤θ≤■
∠AOB=∠ABP=■
∠OAB=∠PBN=θ
在OBA中,
■=■,
OB=■
x=OB+acosθ=■asinθ+acosθy=asinθ
消去θ得(x-■y)2+y2=a2
即3x2-4■xy+7y2-3a2=0
而x=■sin(θ+arctan■)(其中0≤θ≤■)
則arctan■≤θ+arctan■≤■+arctan■
■≤sin(θ+arctan■)≤1 ■≤x≤■a
參數(shù)方程最初起源于力學(xué)及物理學(xué),例如運(yùn)動(dòng)方程大都采用參數(shù)方程,其中參數(shù)t往往表示時(shí)間這一變量.高中數(shù)學(xué)中解析幾何的核心思想是“用代數(shù)的方法研究幾何問題”.在具體的問題解決中,“方程”的地位十分重要,運(yùn)用代數(shù)方法通常是以“方程”為載體,“方程”架起了“代數(shù)”與“幾何”之間的橋梁,從而使得解析幾何變得如此豐富多彩.同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)解析幾何時(shí),一定要認(rèn)真理解每個(gè)曲線不同形式的方程,這是研究它們幾何性質(zhì)的基礎(chǔ).在直角坐標(biāo)系下,曲線方程通常分為兩大類:參數(shù)方程與普通方程.參數(shù)方程與普通方程是曲線方程的兩種不同的表達(dá)方式,它們?cè)谛问缴?、用途上、方法上各具特點(diǎn)又互相補(bǔ)充,研究它們之間的關(guān)系、實(shí)現(xiàn)它們之間的互化,有利于發(fā)揮它們彼此的長處,從而簡化問題解決的過程.本文擬從互化的視角,以具體問題為例,介紹常見曲線的參數(shù)方程與普通方程的互化及其運(yùn)用.
一、 兩類方程互化的必然性及其策略
對(duì)于具體問題,有時(shí)我們要選擇將一種曲線方程化為另一種曲線方程,簡稱“互化”.例如當(dāng)點(diǎn)在曲線上任意運(yùn)動(dòng)時(shí),我們常選擇將普通方程化為參數(shù)方程來解決,這也是我們學(xué)習(xí)參數(shù)方程的主要目的,下文將重點(diǎn)闡述.而實(shí)際生活很多問題提煉的數(shù)學(xué)模型往往是參數(shù)方程的形式,例如物理學(xué)中的平拋運(yùn)動(dòng),我們得到的是水平方向的位移、豎直方向的位移用時(shí)間表示的參數(shù)方程,如果要進(jìn)一步研究其曲線時(shí),我們就要將之化為普通方程.也有一些數(shù)學(xué)問題是由參數(shù)方程給出的,直接解決比較繁瑣,必須將之轉(zhuǎn)化為普通方程解決.例如:由參數(shù)方程x=cos θ+3,
y=sin θ(θ為參數(shù))給出的曲線,很難發(fā)現(xiàn)其表示的曲線類型,但如果將參數(shù)方程轉(zhuǎn)化為熟悉的普通方程,則比較簡單.由參數(shù)方程可得:cos θ=x-3,
sin θ=y.因?yàn)閟in2θ+cos2θ=1,所以x-32+y2=1,即表示的曲線是圓心(3,0),半徑為1的圓.
將“參數(shù)方程”化為“普通方程”的過程本質(zhì)上是“消參”,常見方法有三種:1.代入消參法:利用解方程的技巧求出參數(shù)t,然后代入消去參數(shù);2.三角消參法:利用三角恒等式消去參數(shù);3.整體消參法:根據(jù)參數(shù)方程本身的結(jié)構(gòu)特征,從整體上消去參數(shù).特別強(qiáng)調(diào)的是:“消參”僅僅是對(duì)代數(shù)式進(jìn)行了簡化,沒有涉及到所消參數(shù)的范圍,而兩類方程中的變量x,y的范圍必須相同,所以消參的同時(shí)一定要關(guān)注消參引起的“范圍”變化.
例1
將下列參數(shù)方程化為普通方程:
(1)
x=t+1,
y=1-2t(t為參數(shù));(2)x=sin θ+cos θ,
y=1+sin 2θ(θ為參數(shù)).
思
考通過兩個(gè)例子,我們能體會(huì)到參數(shù)方程化為普通方程的注意點(diǎn)是哪些嗎?
解
析
(1)因?yàn)閤=t+1≥1,所以化為普通方程是y=-2x+3(x≥1).
這是以(1,1)為端點(diǎn)的一條射線(包括端點(diǎn)).
(2)因?yàn)閤=sin θ+cos θ=2sin(θ+π4),所以x∈[-2,2].
化為普通方程是x2=y,x∈[-2,2].
評(píng)
注
上述例題我們很容易在轉(zhuǎn)化過程中忽略變量的范圍,如(1)中x=t+1≥1,(2)中x∈[-2,2],因此在參數(shù)方程與普通方程的互化中,必須使x,y的取值范圍保持一致,否則,互化就是不等價(jià)的.
例2
選擇適當(dāng)?shù)膮?shù),將下列普通方程化為參數(shù)方程:
(1)xy=9;(2)y2=x.
思
考選取的參數(shù)不同,同樣的曲線方程寫出來的參數(shù)方程是否一樣呢?
解
析
(1)x=t,
y=9tt為參數(shù);(2)x=t2,
y=tt為參數(shù).
評(píng)
注
對(duì)于(1)的參數(shù)方程也可寫成x=9t,
y=tt為參數(shù),因此同一曲線的參數(shù)方程的形式可以不同,但(2)如果寫成x=t,
y=tt為參數(shù),則和原來的不等價(jià),因?yàn)閥≥0,只是y2=x的一部分.
因此,關(guān)于參數(shù)有幾點(diǎn)說明:
① 參數(shù)是聯(lián)系變數(shù)x,y的“橋梁”;
② 參數(shù)方程中參數(shù)可以是有物理意義、幾何意義,也可以沒有明顯意義;
③ 同一曲線選取參數(shù)不同,曲線參數(shù)方程形式也不一樣;
④ 在實(shí)際問題中要確定參數(shù)的取值范圍.
二、 參數(shù)方程的具體運(yùn)用
1. 橢圓參數(shù)方程運(yùn)用
若橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程是x2a2+y2b2=1,其參數(shù)方程可設(shè)為:x=acos θ,
y=bsin θ(θ為參數(shù)),其中參數(shù)θ稱為離心角.當(dāng)點(diǎn)在橢圓上運(yùn)動(dòng)時(shí),設(shè)點(diǎn)的坐標(biāo)為(acos θ,bsin θ),可以用一個(gè)變量θ表示點(diǎn)的兩個(gè)坐標(biāo),體現(xiàn)了使用參數(shù)方程的優(yōu)越性.
例3
已知A,B是橢圓x29+y24=1與坐標(biāo)軸正半軸的兩個(gè)交點(diǎn),在橢圓第一象限的部分求一點(diǎn)P,使四邊形OAPB的面積最大.
圖1
解
析
設(shè)點(diǎn)P(3cos α,2sin α),SAOB面積一定,只需求SABP的最大值即可,即求點(diǎn)P到直線AB的距離最大值.
d=|6cos α+6sin α-6|22+32
=6132sin(π4+α)-1.
當(dāng)α=π4時(shí),d有最大值,此時(shí)面積最大,P坐標(biāo)為(322,2).
評(píng)
注
如果不設(shè)參數(shù)方程,則必須設(shè)P點(diǎn)坐標(biāo),再利用點(diǎn)到直線的距離公式,這樣處理比較困難.可以看出,關(guān)于點(diǎn)到直線距離的最值問題,借助橢圓參數(shù)方程,將橢圓上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)用三角函數(shù)表示,利用三角知識(shí)加以解決,比用普通方程解決要方便一些.
2. 圓參數(shù)方程的運(yùn)用
若圓的方程是x-a2+y-b2=r2,則其參數(shù)方程通常設(shè)為:x=a+rcos θ,
y=b+rsin θ(θ為參數(shù)),利用參數(shù)方程處理動(dòng)點(diǎn)軌跡問題往往比較簡單.
例4
如圖2,已知點(diǎn)P是圓x2+y2=16上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),點(diǎn)A是x軸上的定點(diǎn),坐標(biāo)為(12,0),當(dāng)點(diǎn)P在圓上運(yùn)動(dòng)時(shí),線段PA中點(diǎn)M的軌跡是什么?
圖2
解
析
設(shè)M(x,y),圓x2+y2=16的參數(shù)方程為x=4cos θ,
y=4sin θ.
所以可設(shè)P(4cos θ,4sin θ),由中點(diǎn)公式得M點(diǎn)軌跡方程為x=6+2cos θ,
y=2sin θ,再轉(zhuǎn)化為普通方程得到:點(diǎn)M軌跡是以(6,0)為圓心,2為半徑的圓.
評(píng)
注
也可利用普通方程解答:設(shè)M(x,y),則P(2x-12,2y),因?yàn)辄c(diǎn)P在圓x2+y2=16上,所以2x-122+2y2=16,即點(diǎn)M的軌跡方程為x-62+y2=4.
所以M的軌跡是以(6,0)為圓心,2為半徑的圓.求軌跡方程時(shí),參數(shù)方程也能展現(xiàn)出它的優(yōu)越性,只需把動(dòng)點(diǎn)的坐標(biāo)分別用第三個(gè)量來表示即可.當(dāng)然,如果想知道具體是怎樣的曲線,還需化為普通方程來觀察.
例5
已知點(diǎn)px,y是圓x2+y2-6x-4y+12=0上的點(diǎn),求x+y的最值.
解
析
對(duì)于此題,我們可以通過兩種方法的解答加以對(duì)比,從而體會(huì)參數(shù)方程的運(yùn)用.
圓x2+y2-6x-4y+12=0,即x-32+y-22=1.
方法一:圓參數(shù)方程為x=3+cos θ,
y=2+sin θ,由于P點(diǎn)在圓上,可設(shè)P3+cos θ,2+cos θ.
x+y=3+cos θ+2+sin θ=5+2sinθ+π4,所以x+y最大值為5+2,最小值為5-2.
方法二:令x+y=z,因?yàn)閳Ax-32+y-22=1與直線x+y-z=0相切時(shí),1=5-z2,所以z=5±2. 所以zmax=5+2 ,zmin=5-2.
故x+y最大值為5+2,最小值為5-2.
評(píng)
注
相比較而言,有關(guān)圓的問題,既可用參數(shù)方程,也可用普通方程解決,但對(duì)于橢圓,用參數(shù)方程解決要比較簡單一點(diǎn).
3. 直線參數(shù)方程的應(yīng)用
如果直線經(jīng)過點(diǎn)M0x0,y0,傾斜角為α的直線l的參數(shù)方程為 x=x0+tcos α,
y=y0+tsin α(t為參數(shù)),直線的參數(shù)方程中,它的形式、變量、常量要分清楚.
例如:x=3+tsin 20°,
y=tcos 20°(t為參數(shù))傾斜角為70°.
又如:直線x+y-1=0的一個(gè)參數(shù)方程為x=1-22t,
y=22t(t為參數(shù)).
直線的普通方程可以有若干個(gè)參數(shù)方程.
例6
已知直線l:x+y-1=0與拋物線y=x2交于A,B兩點(diǎn),求線段AB的長和點(diǎn)M-1,2到A,B的兩點(diǎn)的距離之和.
思
考在學(xué)習(xí)直線的參數(shù)方程之前,我們會(huì)如何解決上述問題?
解
析
因直線l過點(diǎn)M-1,2,l的傾斜角為3π4,
所以它的參數(shù)方程為
x=-1+tcos3π4,
y=2+tsin3π4(t為參數(shù)),即x=-1-22t,
y=2+22t(t為參數(shù)) ①=1\*GB3.
把①=1\*GB3代入拋物線方程y=x2得t2+2t-2=0, 解得t1=-2+102,t2=-2-102.
由參數(shù)t的幾何意義可得:AB=t1-t2=10, MA?MB=t1t2=2.
評(píng)
注
在學(xué)習(xí)直線的參數(shù)方程之前,我們會(huì)用如下方法解答:
由x+y-1=0,
y=x2得x2+x-1=0,解得x1=-1+52,
一、橢圓參數(shù)方程
如圖1,以原點(diǎn)為圓心,分別以a,b(a>b>0)為半徑作兩個(gè)圓,點(diǎn)B是大圓半徑OA與小圓的交點(diǎn),過點(diǎn)A作ANox,垂足為N,過點(diǎn)B作BMAN,垂足為M,求當(dāng)半徑OA繞點(diǎn)O旋轉(zhuǎn)時(shí)點(diǎn)M的軌跡參數(shù)方程。
解:設(shè)∠xOA=φ,M(x,y), 則A(acosφ,asinφ),B(bcosφ,bsinφ),由已知:{x=acosφy=bsinφ (φ是參數(shù)),即為點(diǎn)M的軌跡參數(shù)方程.消去參數(shù)得:x2a2+y2b2=1,即為點(diǎn)M的軌跡普通方程.(如圖2)注意:1.在橢圓的參數(shù)方程中,常數(shù)a、b分別是橢圓的長半軸長和短半軸長且a>b>0,φ稱為離心角,規(guī)定參數(shù)φ取值范圍為[0,2π)2.焦點(diǎn)在x軸上,參數(shù)方程為{x=acosφy=bsinφ(φ是參數(shù))焦點(diǎn)在y軸上,參數(shù)方程為{x=bcosφy=asinφ(φ是參數(shù))
二、橢圓參數(shù)方程的應(yīng)用
1. 利用參數(shù)方程求最值例1.過點(diǎn)A(0,-2)作橢圓x24+y22=1的弦AM,則|AM|的最大值為
A. 2
B. 3
C. 22
D. 23分析:此題比較簡單,只要注意A點(diǎn)在橢圓上,設(shè)出點(diǎn)M的參數(shù)方程即可解決。解:設(shè)M(2cosθ,2sinθ),則|AM|=(2cosθ)2+(2sinθ+2)2化簡得|AM|=-2(sinθ-1)2+8所以當(dāng)sinθ=1時(shí)取最大值,且最大值為22。所以選C點(diǎn)評(píng):橢圓的參數(shù)方程是求解最值問題的最有力工具,所以在解決此類問題時(shí),首先應(yīng)該想到參數(shù)方程求解。例2.設(shè)點(diǎn)P(x,y)在橢圓x24+y27=1上,試求點(diǎn)P到直線3x-2y-21=0的距離d的最小值。分析:此題可以設(shè)點(diǎn)P(x,y),然后代入橢圓方程x24+y27=1,然后利用點(diǎn)到直線的距離公式把d表示出來。但仍然很難繼續(xù)解答。而考慮橢圓的參數(shù)方程卻可以順利解決此問題。解:點(diǎn)P(x,y)在橢圓x24+y27=1上,設(shè)點(diǎn)P(2cosθ,7sinθ)(θ是參數(shù)且θ∈[0,2π)) 則d=|6cosθ-27sinθ-21|32+22=|8sin(θ-φ)+21|13(其中tanφ=377)。當(dāng)sin(θ-φ)=-1時(shí),距離d有最小值13點(diǎn)評(píng):在求解最值問題時(shí),尤其是求與圓錐曲線有關(guān)的最值時(shí),我們可以考慮利用參數(shù)方程降低難度例3.已知橢圓x2a2+y2b2=1有一內(nèi)接矩形ABCD,求矩形ABCD的最大面積。分析:此題可以設(shè)矩形長為x,然后代入橢圓方程解出寬,但很難解答。而考慮橢圓的參數(shù)方程可以迎刃而解。解:設(shè)A(acosθ,bsinθ),則|AD|=|2acosθ|,|AB|=|2bsinθ|所以S=|2a×2bsinθcosθ|=2ab|sin2θ|即矩形ABCD的最大面積為2ab點(diǎn)評(píng):利用參數(shù)方程后,再利用三角函數(shù)性質(zhì)可以簡化求解的過程和降低求解的難度。
二、參數(shù)方程在求與離心率有關(guān)問題上的應(yīng)用
例4.橢圓x2a2+y2b2=1(a>b>0)的左右焦點(diǎn)分別為F1、F2,若這個(gè)橢圓上存在點(diǎn)P,使得F1PF2P。求該橢圓的離心率e的取值范圍。分析:如果按常規(guī)設(shè)p(x,y), |F1P|2+|F2P|2=|F1F2|2展開,與離心率沒有明顯的聯(lián)系,但用參數(shù)方程就非常容易。解:設(shè)P(acosα,bsinα),因?yàn)楠1(-c,0),F2(c,0)kPF1=bsinαacosα+c,kPF2=bsinαacosα-c,因?yàn)楠1PF2P所以kPF1?kPF2=-1即bsinαacosα+c?bsinαacosα-c=-1,化簡得cos2α=c2-b2a2-b2因?yàn)楠?≤cos2α≤1,所以0≤c2-b2a2-b2≤1解得b2≤c2,所以e=c2a2=c2b2+c2≥c22c2=12即22≤eb>0)與x軸的正向相交于點(diǎn)A,O為坐標(biāo)原點(diǎn),若這個(gè)橢圓上存在點(diǎn)P,使得OPAP。求該橢圓的離心率e的取值范圍。 分析:此題可仿照上題解法輕松解決,在此不在詳解。答案:(22,1)
三、參數(shù)方程在證明問題上的應(yīng)用
2. 已知拋物線的參數(shù)方程為[x=2pt2,y=2pt,]其中[t]為參數(shù),[p]>0,焦點(diǎn)為[F],準(zhǔn)線為[l],過拋物線上一點(diǎn)[M]作準(zhǔn)線[l]的垂線,垂足為[E],若[EF=FM],點(diǎn)[M]的橫坐標(biāo)是3,則[p=] .
3. 在直角坐標(biāo)系[xoy]中,已知曲線[c1:][x=t+1,y=1-2t]([t]為參數(shù))與曲線[c2:][x=asinθ,y=3cosθ]([θ]為參數(shù),[a]>[0])有一個(gè)公共點(diǎn)在[x]軸上,則[a]= .
4. 直線[2ρcosθ=1]與[ρ=2cosθ]相交的弦長為 .
5. 在直角坐標(biāo)系[xOy]中,以原點(diǎn)[O]為極點(diǎn),[x]軸的正半軸為極軸建立極坐標(biāo)系,已知射線[θ=π4]與曲線[x=t+1,y=(t-1)2]([t]為參數(shù))相交于[A,B]兩點(diǎn),則線段[AB]的中點(diǎn)的直角坐標(biāo)為 .
6. 方程[ρ=-2cosθ]和[ρ+4ρ=42sinθ]的曲線的位置關(guān)系為 .
7. 直線[l]的參數(shù)方程是[x=22t,y=22t+42,]其中[t]為參數(shù),圓[C]的極坐標(biāo)方程為[ρ=2cosθ+π4],過直線上的點(diǎn)向圓引切線,則切線長的最小值是 .
8. 曲線[C1]的極坐標(biāo)方程為[ρcos2θ=sinθ],曲線[C2]的參數(shù)方程為[x=3-t,y=1-t,]以極點(diǎn)為原點(diǎn),極軸為[x]軸正半軸建立直角坐標(biāo)系,則曲線[C1]上的點(diǎn)與曲線[C2]上的點(diǎn)最近的距離為 .
9. 在極坐標(biāo)系中,曲線[ρ=cosθ+1]與[ρcosθ=1]的公共點(diǎn)到極點(diǎn)的距離 .
10. 在直角坐標(biāo)系[xOy]中,橢圓[C]的參數(shù)方程為[x=acosθ,y=bsinθ.]([θ]為參數(shù),[a>0,b>0]),在極坐標(biāo)系(與直角坐標(biāo)系取相同的長度單位,且以原點(diǎn)[O]為極點(diǎn),以[x]軸的正半軸為極軸)中,直線[l]與圓[O]的極坐標(biāo)方程分別為[ρsinθ+π4=22m]([m]為非零常數(shù))與[ρ=b],若直線[l]經(jīng)過橢圓[C]的焦點(diǎn),且與圓[O]相切,則橢圓的離心率為 .
11. 設(shè)曲線[C]的極坐標(biāo)方程為[x=t,y=t2]([t]為參數(shù)),若以直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)為極點(diǎn),[x]軸的正半軸為極軸建立極坐標(biāo)系,則曲線[C]的極坐標(biāo)方程為 .
12. 在直角坐標(biāo)系[xOy]中,以原點(diǎn)為極點(diǎn),[x]軸正半軸為極軸建立極坐標(biāo)系,設(shè)點(diǎn)[A,B]分別在曲線[C1]:[x=3+cosθ,y=4+sinθ]([θ]為參數(shù))和曲線[C2]:[ρ=1]上,則[AB]的最小值為 .
13. 設(shè)曲線[C]的參數(shù)方程為[x=2+3cosθ,y=-1+3sinθ]([θ]為參數(shù)),直線[l]的方程為[8x+15y+16=0],則曲線[C]上到直線的距離為2的點(diǎn)的個(gè)數(shù)為 .