極坐標系和直角坐標系的異同


前言

我們大多數人都習慣在直角坐標系下思考和運算,但近年的高考題目在考查坐標系和參數方程時,越來越多的考查我們在極坐標系下的思維能力,這讓我們不得不學着在極坐標系下直接思考和計算,而不經過直角坐標系的轉化。

相異之處

點的坐標不同,含義不同;

比如涉及到某點\(P\),在直角坐標系下其表示為\(P(x,y)\),在極坐標系下表示為\(P(\rho,\theta)\)

刻畫點到原點的距離時難易程度不同;

如果同時刻畫距離\(|OP|\),則在直角坐標系下為\(|OP|=\sqrt{x^2+y^2}\),是二元根式函數問題,在極坐標系下為\(|OP|=\rho\),就是一元一次函數,相關的運算就簡單的多了。

求交點坐標時的難易程度不同;

https://www.cnblogs.com/wanghai0666/p/12143224.html

相同之處

求軌跡方程的思路方法相同;

  • 求軌跡方程的一般步驟[在直角坐標系下和極坐標系下都是一樣的]

①建立坐標系,用\((x,y)\)表示曲線上的任意一點\(M\)的坐標;

②寫出適合條件\(p\)的點\(M\)的集合\(P=\{M|p(M)\}\)

③用坐標表示條件\(p(M)\),列出方程\(f(x,y)=0\),並化簡;

④查缺補漏,並完善;

都能使用相關點法求軌跡方程;

例1 【2019屆理科數學周末訓練1第22題】已知直線\(l\)的極坐標方程為\(\rho sin(\theta-\cfrac{\pi}{3})=0\),以極點為平面直角坐標系的原點,極軸為\(x\)軸的正半軸,建立平面直角坐標系,曲線\(C\)的參數方程為\(\left\{\begin{array}{l}{x=2cos\alpha}\\{y=2+2sin\alpha}\end{array}\right.(\alpha為參數)\)

(2)從極點做曲線\(C\)的弦,求弦的中點\(M\)軌跡的極坐標方程。

分析:①平面直角坐標系下使用相關點法

【法1】設過坐標原點的直線和圓相交於點\(P(x_0,y_0)\),則所得弦的中點坐標為\(M(x,y)\)

\(\left\{\begin{array}{l}{2x=x_0}\\{2y=y_0}\end{array}\right.\),又點\(P(x_0,y_0)\)在圓\(x^2+(y-2)^2=2^2\)上,

代入整理得到普通方程為\(x^2+(y-1)^2=1\)

即其極坐標方程為\(\rho=2sin\theta\),其中\(\theta\in(0,\pi)\),而不是\(\theta\in[0,\pi)\),以保證弦的存在。

②極坐標系中使用相關點法

【法2】曲線\(C\)的極坐標方程為\(\rho=4sin\theta\),過極點的直線的極坐標方程為\(\theta=\alpha\)

設直線和曲線\(C\)的交點的極坐標為\((\rho_1,\alpha)\),則弦的中點\(M\)的極坐標為\((\rho,\alpha)\)

由題目可知,\(\rho_1=2\rho\),代入曲線\(C\)的極坐標方程為\(2\rho=4sin\alpha\)

得到\(\rho=2sin\alpha\),其中\(\alpha\in(0,\pi)\)

故弦的中點\(M\)軌跡的極坐標方程為\(\rho=2sin\alpha\),其中\(\alpha\in(0,\pi)\)

說明:由於弦的中點要存在,則必須保證\(\rho\neq 0\),即原來的\(\alpha\in[0,\pi)\)必須變為\(\alpha\in(0,\pi)\)

都可以使用韋達定理,都可以使用求根公式;



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