坐标系与参数方程 讲义-2023届高三数学一轮复习(含答案)

资源下载
  1. 二一教育资源

坐标系与参数方程 讲义-2023届高三数学一轮复习(含答案)

资源简介

坐标系与参数方程
第一节 坐标系
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φ:的作用下,点P(x,y)对应到点P′(x′,y′),称φ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
①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ρ.
②极角:以极轴Ox为始边,射线OM为终边的角xOM叫做点M的极角,记为θ.
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(ρ,θ),则它们之间的关系为:
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 ρ=r(0≤θ<2π)
圆心为(r,0),半径为r的圆 ρ=2rcos θ
圆心为,半径为r的圆 ρ=2rsin θ(0≤θ<π)
过极点,倾斜角为α的直线 θ=α(ρ∈R)或θ=π+α(ρ∈R)
过点(a,0),与极轴垂直的直线 ρcos θ=a
过点,与极轴平行的直线 ρsin θ=a(0<θ<π)
考点一 平面直角坐标系下图形的伸缩变换
[典例] 求双曲线C:x2-=1经过φ:变换后所得曲线C′的焦点坐标.
[解题技法] 伸缩变换后方程的求法
平面上的曲线y=f(x)在变换φ:的作用下的变换方程的求法是将
代入y=f(x),得=f,整理之后得到y′=h(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y=f(x)的图象在伸缩变换φ:的作用下得到曲线的方程为y′=3sin,求函数y=f(x)的最小正周期.
2.将圆x2+y2=1变换为椭圆+=1的一个伸缩变换公式φ:(λ,μ>0),求λ,μ的值.
[典例] 在极坐标系中,直线l的方程为ρsin=2,曲线C的方程为ρ=4cos θ,求直线l被曲线C截得的弦长.
[解题技法]
1.极坐标方程与直角坐标方程的互化方法
(1)直角坐标方程化为极坐标方程:将公式x=ρcos θ及y=ρsin θ直接代入直角坐标方程并化简即可.
(2)极坐标方程化为直角坐标方程:通过变形,构造出形如ρcos θ,ρsin θ,ρ2的形式,再应用公式进行代换.其中方程的两边同乘以(或同除以)ρ及方程两边平方是常用的变形技巧.
2.极角的确定
由tan θ确定角θ时,应根据点P所在象限取最小正角.
(1)当x≠0时,θ角才能由tan θ=按上述方法确定.
(2)当x=0时,tan θ没有意义,这时可分三种情况处理:
当x=0,y=0时,θ可取任何值;当x=0,y>0时,可取θ=;当x=0,y<0时,可取θ=.
[题组训练]
1.(郑州质检)在极坐标系下,已知圆O:ρ=cos θ+sin θ和直线l:ρsin=(ρ≥0,0≤θ<2π).
(1)求圆O和直线l的直角坐标方程;
(2)当θ∈(0,π)时,求直线l与圆O的公共点的极坐标.
2.已知圆O1和圆O2的极坐标方程分别为ρ=2,ρ2-2ρ·cos=2.
(1)求圆O1和圆O2的直角坐标方程;
(2)求经过两圆交点的直线的极坐标方程.
[典例] (全国卷Ⅱ)在直角坐标系xOy中,以坐标原点为极点,x轴正半轴为极轴建立极坐标系,曲线C1的极坐标方程为ρcos θ=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;
[解题技法]
1.求简单曲线的极坐标方程的方法
(1)设点M(ρ,θ)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、余弦定理求解|OM|与θ的关系.
(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,把直角坐标方程化为极坐标方程.
2.利用极坐标系解决问题的技巧
(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.
(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,其比直角坐标系中求最值的运算量小.
[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.
[题组训练]
1.(青岛质检)在平面直角坐标系xOy中,圆C的参数方程为(其中φ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ρsin=2,射线OM:θ=与圆C的交点为P,与直线l的
2.已知曲线C的极坐标方程为ρ2=,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OA⊥OB,求+的值.
1.在极坐标系中,求直线ρcos=1与圆ρ=4sin θ的交点的极坐标.
2.在极坐标系中,已知圆C经过点P,圆心为直线ρsin=-与极轴的交点,求圆C的极坐标方程.
3.在直角坐标系xOy中,圆C的方程为(x-)2+(y+1)2=9,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)直线OP:θ=(ρ∈R)与圆C交于点M,N,求线段MN的长.
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ρcos=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的中点为P,求直线OP的极坐标方程.
5.在平面直角坐标系xOy中,曲线C1的方程为(x-)2+(y-2)2=4,直线C2的方程为y=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.
6.在直角坐标系xOy中,曲线C的方程为(x-3)2+(y-4)2=25.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:θ=,l2:θ=,若l1,l2与曲线C分别交于异于原点的A,B两点,求△AOB的面积.
7.在直角坐标系xOy中,曲线C1:(t为参数,t≠0),其中0≤α<π.在以O为极点,x轴正半轴为极轴的极坐标系中,曲线C2:ρ=2sin θ,C3:ρ=2cos θ.
(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.
8.在平面直角坐标系中,曲线C1的普通方程为x2+y2+2x-4=0,曲线C2的方程为y2=x,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C1,C2的极坐标方程;
(2)求曲线C1与C2交点的极坐标,其中ρ≥0,0≤θ<2π.
第二节 参数方程
一、基础知识
1.曲线的参数方程
在平面直角坐标系中,如果曲线上任意一点的坐标x,y都是某个变数t的函数并且对于t的每一个允许值,由这个方程组所确定的点M(x,y)都在这条曲线上,那么这个方程组就叫做这条曲线的参数方程,联系变数x,y的变数t叫做参变数,简称参数.
相对于参数方程而言,直接给出点的坐标间关系的方程F(x,y)=0叫做普通方程.
2.参数方程和普通方程的互化
(1)参数方程化普通方程:利用两个方程相加、减、乘、除或者代入法消去参数.
(2)普通方程化参数方程:如果x=f(t),把它代入普通方程,求出另一个变数与参数的关系y=g(t),则得曲线的参数方程
3.直线、圆、椭圆的参数方程
(1)过点M(x0,y0),倾斜角为α的直线l的参数方程为(t为参数).
直线参数方程的标准形式的应用
过点M0(x0,y0),倾斜角为α的直线l的参数方程是若M1,M2是l上的两点,其对应参数分别为t1,t2,则
①|M1M2|=|t1-t2|.
②若线段M1M2的中点M所对应的参数为t,则t=,中点M到定点M0的距离|MM0|=|t|=.
③若M0为线段M1M2的中点,则t1+t2=0.
④|M0M1||M0M2|=|t1t2|.
(2)圆心在点M0(x0,y0),半径为r的圆的参数方程为(θ为参数).
(3)椭圆+=1(a>b>0)的参数方程为 (φ为参数).
[典例] 已知直线l的参数方程为(t为参数),圆C的参数方程为
(θ为参数).
(1)求直线l和圆C的普通方程;
(2)若直线l与圆C有公共点,求实数a的取值范围.
[解题技法] 将参数方程化为普通方程的方法
将参数方程化为普通方程,需要根据参数方程的结构特征,选取适当的消参方法.常见的消参方法有:代入消参法、加减消参法、平方消参法等,对于含三角函数的参数方程,常利用同角三角函数关系式消参(如sin2θ+cos2θ=1等).
[提醒] 将参数方程化为普通方程时,要注意两种方程的等价性,防止增解.
[题组训练]
1.将下列参数方程化为普通方程.
(1)(t为参数).
(2)(θ为参数).
2.如图,以过原点的直线的倾斜角θ为参数,求圆x2+y2-x=0的参数方程.
[典例] 已知过点P(m,0)的直线l的参数方程是(t为参数),以平面直角坐标系的原点为极点,x轴的正半轴为极轴,建立极坐标系,曲线C的极坐标方程为ρ=2cos θ.
(1)求直线l的普通方程和曲线C的直角坐标方程;
(2)若直线l和曲线C交于A,B两点,且|PA|·|PB|=2,求实数m的值.
[解题技法]
1.应用直线参数方程的注意点
在使用直线参数方程的几何意义时,要注意参数前面的系数应该是该直线倾斜角的正、余弦值,否则参数不具备该几何含义.
2.圆和圆锥曲线参数方程的应用
有关圆或圆锥曲线上的动点距离的最大值、最小值以及取值范围的问题,通常利用它们的参数方程转化为三角函数的最大值、最小值求解,掌握参数方程与普通方程互化的规律是解此类题的关键.
[题组训练]
1.在平面直角坐标系xOy中,曲线C1的参数方程为(α为参数),以原点O为极点,x轴的正半轴为极轴建立极坐标系,曲线C2的极坐标方程为ρsin=.
(1)求曲线C1的普通方程与曲线C2的直角坐标方程;
(2)设P为曲线C1上的动点,求点P到C2的距离的最大值,并求此时点P的坐标.
2.在直角坐标系xOy中,曲线C的参数方程为(θ为参数),直线l的参数方程为(t为参数).
(1)求C和l的直角坐标方程;
(2)若曲线C截直线l所得线段的中点坐标为(1,2),求l的斜率.
[典例] 在平面直角坐标系xOy中,圆C的参数方程为(t为参数),在以原点O为极点,x轴的非负半轴为极轴建立的极坐标系中,直线l的极坐标方程为ρcos=-1.
(1)求圆C的普通方程和直线l的直角坐标方程;
(2)设直线l与x轴,y轴分别交于A,B两点,点P是圆C上任一点,求A,B两点的极坐标和△PAB面积的最小值.
[解题技法] 极坐标、参数方程综合问题的解题策略
(1)求交点坐标、距离、线段长.可先求出直角坐标系方程,然后求解.
(2)判断位置关系.先转化为平面直角坐标方程,然后再作出判断.
(3)求参数方程与极坐标方程综合问题.一般是先将方程化为直角坐标方程,利用直角坐标方程来研究问题.
[题组训练]
1.在直角坐标系xOy中,以坐标原点O为极点,x轴的正半轴为极轴建立极坐标系,
曲线C1:ρ2-4ρcos θ+3=0,θ∈[0,2π],曲线C2:ρ=,θ∈[0,2π].
(1)求曲线C1的一个参数方程;
(2)若曲线C1和曲线C2相交于A,B两点,求|AB|的值.
2.在平面直角坐标系xOy中,直线l的参数方程为,以坐标原点O为极点,x轴的非负半轴为极轴建立极坐标系,已知圆C的圆心C的极坐标为,半径为2,直线l与圆C交于M,N两点.
(1)求圆C的极坐标方程;
(2)当φ变化时,求弦长|MN|的取值范围.
1.若直线(t为参数)与圆(θ为参数)相切,求直线的倾斜角α.
2.在平面直角坐标系xOy中,已知直线l的参数方程为(t为参数),曲线C的参数方程为(s为参数),设P为曲线C上的动点,求点P到直线l的距离的最小值.
3.已知P为半圆C:(θ为参数,0≤θ≤π)上的点,点A的坐标为(1,0),O为坐标原点,点M在射线OP上,线段OM与C的弧AP的长度均为.
(1)以O为极点,x轴的正半轴为极轴建立极坐标系,求点M的极坐标;
(2)求直线AM的参数方程.
4.以直角坐标系的原点O为极点,x轴的正半轴为极轴建立极坐标系,已知点P的直角坐标为(1,2),点C的极坐标为,若直线l过点P,且倾斜角为,圆C以点C为圆心,3为半径.
(1)求直线l的参数方程和圆C的极坐标方程;
(2)设直线l与圆C相交于A,B两点,求|PA|·|PB|.
5.在平面直角坐标系xOy中,曲线C的参数方程为(t为参数),以坐标原点O为极点,x轴的正半轴为极轴建立极坐标系.
(1)求曲线C的极坐标方程;
(2)若直线l1,l2的极坐标方程分别为θ1=(ρ1∈R),θ2=(ρ2∈R),设直线l1,l2与曲线C的交点分别为O,M和O,N,求△OMN的面积.
6.在平面直角坐标系xOy中,⊙O的参数方程为(θ为参数),过点(0,-)且倾斜角为α的直线l与⊙O交于A,B两点.
(1)求α的取值范围;
(2)求AB中点P的轨迹的参数方程.
7.在直角坐标系xOy中,曲线C1的参数方程为(t为参数,m∈R),以原点O为极点,x轴的非负半轴为极轴建立极坐标系,曲线C2的极坐标方程为ρ2=(0≤θ≤π).
(1)写出曲线C1的普通方程和曲线C2的直角坐标方程;
(2)已知点P是曲线C2上一点,若点P到曲线C1的最小距离为2,求m的值.
8.已知直线l的参数方程为(t为参数),曲线C的参数方程为(α为参数),且直线l交曲线C于A,B两点.
(1)将曲线C的参数方程化为普通方程,并求θ=时,|AB|的值;
(2)已知点P(1,0),求当直线l的倾斜角θ变化时,|PA|·|PB|的取值范围.
选修4-5 不等式选讲
第一节 绝对值不等式
一、基础知识
1.绝对值三角不等式
定理1:如果a,b是实数,则|a+b|≤|a|+|b|,当且仅当ab≥0时,等号成立.
定理2:如果a,b,c是实数,那么|a-c|≤|a-b|+|b-c|,当且仅当(a-b)(b-c)≥0时,等号成立.   ↓
|a|-|b|≤|a-b|≤|a|+|b|,当且仅当|a|≥|b|且ab≥0时,左边等号成立,当且仅当ab≤0时,右边等号成立.
2.绝对值不等式的解法 
(1)|x|a型不等式的解法
不等式 a>0 a=0 a<0
|x||x|>a {x|x>a或x<-a} {x|x∈R且x≠0} R
(2)|ax+b|≤c(c>0)和|ax+b|≥c(c>0)型不等式的解法:
①|ax+b|≤c -c≤ax+b≤c;
②|ax+b|≥c ax+b≥c或ax+b≤-c.
|x-a|+|x-b|≥c和|x-a|+|x-b|≤c型不等式的解法及体现数学思想
①利用绝对值不等式的几何意义求解,体现了数形结合的思想;
②利用“零点分段法”求解,体现了分类讨论的思想;
③通过构造函数,利用函数的图象求解,体现了函数与方程的思想.
[典例] (2016·全国卷Ⅰ)已知函数f(x)=|x+1|-|2x-3|.
(1)画出y=f(x)的图象;
(2)求不等式|f(x)|>1的解集.
[题组训练]
1.解不等式|x+1|+|x-1|≤2.

2.已知函数f(x)=|x-a|+3x,其中a∈R.
(1)当a=1时,求不等式f(x)≥3x+|2x+1|的解集;
(2)若不等式f(x)≤0的解集为{x|x≤-1},求a的值.
[典例] (2019·湖北五校联考)已知函数f(x)=|2x-1|,x∈R.
(1)解不等式f(x)<|x|+1;
(2)若对x,y∈R,有|x-y-1|≤,|2y+1|≤,求证:f(x)<1.
[解题技法] 绝对值不等式性质的应用
利用不等式|a+b|≤|a|+|b|(a,b∈R)和|a-b|≤|a-c|+|c-b|(a,b∈R),通过确定适当的a,b,利用整体思想或使函数、不等式中不含变量,可以求最值或证明不等式.
[题组训练]
1.求函数f(x)=|x+2 019|-|x-2 018|的最大值.
2.若x∈[-1,1],|y|≤,|z|≤,求证:|x+2y-3z|≤.
[典例] 已知函数f(x)=|2x-1|.
(1)解关于x的不等式f(x)-f(x+1)≤1;
(2)若关于x的不等式f(x)[解题技法] 两招解不等式问题中的含参问题
(1)转化
①把存在性问题转化为求最值问题;
②不等式的解集为R是指不等式的恒成立问题;
③不等式的解集为 的对立面也是不等式的恒成立问题,此类问题都可转化为最值问题,即f(x)<a恒成立 a>f(x)max,f(x)>a恒成立 a<f(x)min.
(2)求最值
求含绝对值的函数最值时,常用的方法有三种:
①利用绝对值的几何意义;
②利用绝对值三角不等式,即|a|+|b|≥|a±b|≥||a|-|b||;
③利用零点分区间法.
[题组训练]
1.(2018·全国卷Ⅱ)设函数f(x)=5-|x+a|-|x-2|.
(1)当a=1时,求不等式f(x)≥0的解集;
(2)若f(x)≤1,求a的取值范围.
2.(已知函数f(x)=|x+m|+|2x-1|(m∈R),若关于x的不等式f(x)≤|2x+1|的解集为A,且 A,求实数m的取值范围.
1.求不等式|2x-1|+|2x+1|≤6的解集.
2.已知函数f(x)=|x-4|+|x-a|(a∈R)的最小值为a.
(1)求实数a的值;
(2)解不等式f(x)≤5.
3.已知f(x)=|x+1|-|ax-1|.
(1)当a=1时,求不等式f(x)>1的解集;
(2)若x∈(0,1)时不等式f(x)>x成立,求a的取值范围.
4.设函数f(x)=|3x-1|+ax+3.
(1)若a=1,解不等式f(x)≤4;
(2)若f(x)有最小值,求实数a的取值范围.
5.(2019·贵阳适应性考试)已知函数f(x)=|x-2|-|x+1|.
(1)解不等式f(x)>-x;
(2)若关于x的不等式f(x)≤a2-2a的解集为R,求实数a的取值范围.
6.已知函数f(x)=|x-a|+|x+1|.
(1)若a=2,求不等式f(x)>x+2的解集;
(2)如果关于x的不等式f(x)<2的解集不是空集,求实数a的取值范围.
7.已知函数f(x)=|2x-a|+a.
(1)当a=2时,求不等式f(x)≤6的解集;
(2)设函数g(x)=|2x-1|.当x∈R时,f(x)+g(x)≥3,求a的取值范围.
8.设函数f(x)=|x-1|,x∈R.
(1)求不等式f(x)≤3-f(x-1)的解集;
(2)已知关于x的不等式f(x)≤f(x+1)-|x-a|的解集为M,若 M,求实数a的取值
第二节 不等式的证明
一、基础知识
1.基本不等式
(1)定理1:如果a,b∈R,那么a2+b2≥2ab,当且仅当a=b时,等号成立.
(2)定理2:如果a,b>0,那么≥,当且仅当a=b时,等号成立,即两个正数的算术平均不小于(即大于或等于)它们的几何平均.
(3)定理3:如果a,b,c∈R+,那么≥,当且仅当a=b=c时,等号成立.
2.比较法
(1)作差法的依据是:a-b>0 a>b.
(2)作商法:若B>0,欲证A≥B,只需证≥1.
3.综合法与分析法
(1)综合法:一般地,从已知条件出发,利用定义、公理、定理、性质等,经过一系列的推理、论证而得出命题成立.
(2)分析法:从要证的结论出发,逐步寻求使它成立的充分条件,直至所需条件为已知条件或一个明显成立的事实(定义,公理或已证明的定理,性质等),从而得出要证的命题成立.
[典例] 已知函数f(x)=+,M为不等式f(x)<2的解集.
(1)求M;
(2)证明:当a,b∈M时,|a+b|<|1+ab|.
[题组训练]
1.当p,q都是正数且p+q=1时,求证:(px+qy)2≤px2+qy2.
2.求证:当a>0,b>0时,aabb≥(ab).
[典例] (·全国卷Ⅱ)已知a>0,b>0,a3+b3=2.证明:
(1)(a+b)(a5+b5)≥4;
(2)a+b≤2.
[解题技法] 综合法证明不等式的方法
(1)综合法证明不等式,要着力分析已知与求证之间,不等式的左右两端之间的差异与联系,合理进行转换,恰当选择已知不等式,这是证明的关键;
(2)在用综合法证明不等式时,不等式的性质和基本不等式是最常用的.在运用这些性质时,要注意性质成立的前提条件.
[题组训练]
1.设a,b,c,d均为正数,若a+b=c+d,且ab>cd,求证:+>+.
2.已知不等式|x|+|x-3|(1)求m,n的值;
(2)若x>0,y>0,nx+y+m=0,求证:x+y≥16xy.
[典例] (2019·长春质检)设不等式||x+1|-|x-1||<2的解集为A.
(1)求集合A;
(2)若a,b,c∈A,求证:>1.
[解题技法] 分析法证明不等式应注意的问题
(1)注意依据是不等式的基本性质、已知的重要不等式和逻辑推理的基本理论.
(2)注意从要证不等式出发,逐步寻求使它成立的充分条件,最后得到的充分条件是已知(或已证)的不等式.
(3)注意恰当地用好反推符号“ ”或“要证明”“只需证明”“即证明”等词语.
[题组训练]
1.已知a>b>c,且a+b+c=0,求证:2.已知函数f(x)=|x+1|.
(1)求不等式f(x)<|2x+1|-1的解集M;
(2)设a,b∈M,求证:f(ab)>f(a)-f(-b).
1.已知△ABC的三边a,b,c的倒数成等差数列,试用分析法证明:∠B为锐角.
2.若a>0,b>0,且+=.
(1)求a3+b3的最小值;
(2)是否存在a,b,使得2a+3b=6?并说明理由.
3.(1)解不等式|x+1|+|x+3|<4;
(2)若a,b满足(1)中不等式,求证:2|a-b|<|ab+2a+2b|.
4.设函数f(x)=|x-2|+2x-3,记f(x)≤-1的解集为M.
(1)求M;
(2)当x∈M时,求证:x[f(x)]2-x2f(x)≤0.
5.已知函数f(x)=|2x-1|+|x+1|.
(1)解不等式f(x)≤3;
(2)记函数g(x)=f(x)+|x+1|的值域为M,若t∈M,求证:t2+1≥+3t.
6.已知函数f(x)=|2x-3|+|3x-6|.
(1)求f(x)<2的解集;
(2)若f(x)的最小值为T,正数a,b满足a+b=,求证:+≤T.
7.已知函数f(x)=|2x-1|-.
(1)求不等式f(x)<0的解集M;
(2)当a,b∈M时,求证:3|a+b|<|ab+9|.

展开更多......

收起↑

资源预览