時(shí)間:2022-03-08 04:11:06
序論:寫作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感,挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相,好投稿為您帶來了七篇參數(shù)方程范文,愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑,助力您的創(chuàng)作。
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)粲脜?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
一、已知分式方程無解求參數(shù)的值
類型一分式方程化為整式方程后未知數(shù)的系數(shù)不含參數(shù)
點(diǎn)評(píng):對(duì)于含有參數(shù)的分式方程無解問題,首先應(yīng)將分式方程化為整式方程.對(duì)于化去分母的整式方程,如果未知數(shù)的系數(shù)不含參數(shù),可先求出整式方程的解,接著再令分式方程的最簡公分母等于零,求出原分式方程的增根,然后令整式方程的解等于原分式方程的增根,這樣會(huì)得到一個(gè)關(guān)于參數(shù)的一元一次方程,最后解這個(gè)一元一次方程,即可求出參數(shù)的值.
類型二分式方程化為整式方程后未知數(shù)的系數(shù)含有參數(shù)
a的值是1或2.
點(diǎn)評(píng):對(duì)于含有參數(shù)的分式方程無解問題,將分式方程化成最簡整式方程ax=b后,如果未知數(shù)的系數(shù)a含有參數(shù),在求這個(gè)整式方程的解時(shí),需要對(duì)這個(gè)整式方程的系數(shù)進(jìn)行討論.當(dāng)a=0,b≠0時(shí),最簡整式方程ax=b無解,此時(shí)原分式方程也無解;當(dāng)a≠0時(shí),可先求出最簡整式方程的解,然后再仿照未知數(shù)的系數(shù)不含參數(shù)的情形求解.
從上面也可以看出,分式方程無解一般有兩種情況:(1)原方程化去分母后的整式方程無解;(2)原方程化去分母后的整式方程有解,但這個(gè)解卻使原方程的分母為0,它是原方程的增根,從而原方程無解.
關(guān)鍵詞: 極坐標(biāo) 參數(shù)方程 高考題
坐標(biāo)系與參數(shù)方程的內(nèi)容一起出現(xiàn)在新課標(biāo)選修4-4中,因此在高考數(shù)學(xué)的考查過程中對(duì)這一部分內(nèi)容的考查也多以綜合交叉題目的形式出現(xiàn).本文通過這部分內(nèi)容在高考中考查的形式,并結(jié)合具體的例子,為師生的教和學(xué)提供參考.
1.關(guān)于極坐標(biāo)和參數(shù)方程的考點(diǎn)
首先,對(duì)于極坐標(biāo)而言,高考對(duì)這一部分內(nèi)容的要求是能用極坐標(biāo)準(zhǔn)確地表示出極坐標(biāo)系中點(diǎn)的位置,并且區(qū)別它與平面直角坐標(biāo)系中所表示的點(diǎn)的位置和實(shí)現(xiàn)兩者之間的互化.在與參數(shù)方程結(jié)合在一起時(shí),要求同學(xué)們能用方程表示出極坐標(biāo)系中所給出的簡單圖形,通過將此類圖形在平面直角坐標(biāo)系和極坐標(biāo)系中的方程的比較,理解當(dāng)平面圖形用方程表示時(shí)選擇適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系的意義.
其次,關(guān)于參數(shù)方程方面,我們要理解參數(shù)方程和參數(shù)的意義,對(duì)于直線、圓和圓錐曲線的參數(shù)方程要能用適當(dāng)?shù)膮?shù)寫出來,對(duì)于簡單的相關(guān)問題要能夠用直線的參數(shù)方程解決,能理解和運(yùn)用直線的參數(shù)方程和參數(shù)的幾何意義.
2.高考對(duì)這部分內(nèi)容的考查
通過對(duì)近年高考試題的回顧和分析,我們不難發(fā)現(xiàn),近些年高考中對(duì)于這部分內(nèi)容的考要是以解答題的形式出現(xiàn)的,試題難度相對(duì)比較簡單,得分是比較容易的.在2009年的高考試題中將極坐標(biāo)、直線與圓的位置關(guān)系、不等式思想等結(jié)合在一起考查;2010年也對(duì)極坐標(biāo)方面的內(nèi)容進(jìn)行了考查,題中設(shè)計(jì)了直線和圓的位置關(guān)系,以及圓在極坐標(biāo)系中的三種方程問題,并在題中給出的圖形條件下求區(qū)域的面積.
在極坐標(biāo)方面從目前新課標(biāo)歷年高考試題中可以看出,高考對(duì)這一部分內(nèi)容的考查主要集中在極坐標(biāo)系與平面直角坐標(biāo)系之間的互換、常見曲線在極坐標(biāo)系中的方程等內(nèi)容方面,對(duì)這方面的考查還是比較簡單的.在參數(shù)方程這一方面,高考對(duì)于此的考查主要集中在參數(shù)方程與普通方程之間的互化方面.所以對(duì)于后兩年高考在這方面的考查,筆者預(yù)測(cè)在難度和題型方面仍將保持穩(wěn)定,而且往往會(huì)使極坐標(biāo)和參數(shù)方程結(jié)合在一起考查的形式,這對(duì)于老師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)方面都要引起重視.
3.例題剖析
4.極坐標(biāo)與參數(shù)方程的考點(diǎn)中應(yīng)該注意的問題
在這部分內(nèi)容中,近些年的高考試題主要考查的是極坐標(biāo)方程在圓和直線中的應(yīng)用,以及極坐標(biāo)與平面直角坐標(biāo)的互換;在參數(shù)方程方面主要考查的是參數(shù)方程與普通方程之間的互化,用極坐標(biāo)方程、參數(shù)方程研究有關(guān)距離、交點(diǎn)和位置的問題等.
首先,在參數(shù)方程方面,我們一定要了解參數(shù)方程及其意義,其與普通方程之間的互化是一個(gè)重點(diǎn),在參數(shù)方程轉(zhuǎn)化為普通方程的時(shí)候,我們常用的方法是代入法、三角恒等式消元法和加減消元法等方法,在使用過程中一定要注意同解變形.在寫直線、圓和圓錐曲線參數(shù)方程時(shí),學(xué)生一定要注意參數(shù)方程中參數(shù)的幾何意義,因?yàn)閹缀我饬x在參數(shù)方程的解題中能為我們帶來方便.同學(xué)們一定要重視直線參數(shù)方程的幾何意義.
其次,在極坐標(biāo)內(nèi)容方面,我們要注意平面圖形在平面直角坐標(biāo)系伸縮變換的作用下的變化狀況,同時(shí)還要注意將其與平面直角坐標(biāo)系中點(diǎn)的位置相區(qū)別,并要能實(shí)現(xiàn)互化.在使用極坐標(biāo)與平面直角坐標(biāo)系互化公式的時(shí)候,我們要對(duì)它的使用條件予以注意,要符合以下要求:極軸與軸正向重合、極點(diǎn)與原點(diǎn)重合、取相同的單位長度.在解題過程中化繁為簡,化難為易是一個(gè)原則,在這個(gè)原則指導(dǎo)下,當(dāng)我們面臨極坐標(biāo)的有關(guān)試題時(shí)就要把他們轉(zhuǎn)化為平面直角坐標(biāo)系去解題,因?yàn)閷W(xué)生對(duì)后者相對(duì)更熟悉,應(yīng)用起來更得心應(yīng)手.如果在做題過程中直接將問題在極坐標(biāo)系中解決,這時(shí)我們就要將其與三角形聯(lián)系起來,合理利用有關(guān)三角形方面的原理和公式.
5.復(fù)習(xí)與應(yīng)試建議
第一,由新課標(biāo)對(duì)于極坐標(biāo)和參數(shù)方程的要求來看,這部分的要求內(nèi)容整體難度不大,學(xué)生在復(fù)習(xí)時(shí)一定要遵循適度原則,緊扣大綱要求,不要深挖,打好基礎(chǔ)才是關(guān)鍵.復(fù)習(xí)時(shí)對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)和定理定式一定要認(rèn)真理解,熟悉掌握.第二,在變量換算上多放精力,減少低級(jí)錯(cuò)誤的出現(xiàn).因?yàn)樽兞繐Q算是很多學(xué)生普遍反應(yīng)的難點(diǎn)和弱點(diǎn),所以教師在教學(xué)過程中要注意在這方面給予學(xué)生更多的指導(dǎo),引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí).第三,該種題目類型在解題時(shí)往往有多種方法,學(xué)生要理清思路,弄清問題的本質(zhì)要點(diǎn),梳理清楚解題程序,然后注意參數(shù)方程和普通方程之間的互換、直線與圓等要點(diǎn)問題的思考.第四,學(xué)生在答題過程中要注意規(guī)范,對(duì)于很多學(xué)生來講不是不會(huì),而是不注意答題規(guī)范,因?yàn)楦呖几木硎橇魉倪^程,所以每一題老師在閱卷過程中花的時(shí)間很多,寫得規(guī)范清晰有利于老師迅速找出關(guān)鍵要點(diǎn),這對(duì)于老師評(píng)分是一個(gè)不可忽視的要素.
綜上所述,在極坐標(biāo)和參數(shù)方程的學(xué)習(xí)和教學(xué)過程中,學(xué)生首先要打好基礎(chǔ),要能準(zhǔn)確和熟練地應(yīng)用基本的原理和公式,只要這樣才能保證在公式的運(yùn)用過程中不犯低級(jí)錯(cuò)誤.其次,把握解題思想,我們要樹立化繁為簡、化難為易、相互轉(zhuǎn)化的思想,只有在將題目轉(zhuǎn)化為所熟知的問題,我們解決起來才能得心應(yīng)手.
參考文獻(xiàn):
[1]師增群.極坐標(biāo)與參數(shù)方程試題研究和應(yīng)試策略――以2013年高考數(shù)學(xué)新課標(biāo)全國卷第23題為例[J].當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究,2014(6):69-71.
一、計(jì)算問題
利用直線參數(shù)方程x=x■+tcosαy=y■+tsinα(t為參數(shù))中參數(shù)t的幾何意義解決與距離、弦長、線段長、點(diǎn)的坐標(biāo)有關(guān)的問題.
例1:已知直線l過點(diǎn)P(2,0),斜率為■,直線l和拋物線y■=2x相交于A、B兩點(diǎn),設(shè)線段AB的中點(diǎn)為M,求:(1)|PM|;(2)M點(diǎn)的坐標(biāo).
解:(1)設(shè)直線的傾斜角為α,依題意可得tanα=■,
sinα=■,cosα=■,
直線l的參數(shù)方程為x=2+■ty=■t(t為參數(shù))(*).
直線l和拋物線相交,將直線的參數(shù)方程代入拋物線方程y■=2x中,整理得
8t■-15-50=0且Δ>0.設(shè)方程的兩個(gè)根為t■,t■,t■+t■=■,t■t■=-■.
由于M為線段AB的中點(diǎn),根據(jù)t的幾何意義,得|PM|=|■| =■.
(2)中點(diǎn)M所對(duì)應(yīng)的參數(shù)為t■=■=■,將此值代入直線的參數(shù)方程(*),
點(diǎn)M的坐標(biāo)為x=2+■×■=■y=■×■=■,M(■,■)即為所求.
一般地,直線x=x■+tcosαy=y■+tsinα(t為參數(shù))與曲線y=f(x)交于A,B兩點(diǎn),對(duì)應(yīng)的參數(shù)分別為t■、t■,則線段|AB|的中點(diǎn)M對(duì)應(yīng)的參數(shù)t=■.
由t的幾何意義得|PA|+|PB|=|t■|+|t■|=t■+t■=3■.
一般地,直線與二次曲線相交,用直線參數(shù)方程解題時(shí),則有弦長為|t■-t■|;直線上的點(diǎn)P到兩交點(diǎn)的距離和為|t■|+|t■|,距離涉及t的正負(fù)時(shí)要加以區(qū)分.
因?yàn)椋本€參數(shù)方程的標(biāo)準(zhǔn)方程中含有三角函數(shù)cosα,sinα(α是直線的傾斜角),所以,在解決直線與圓錐曲線有關(guān)問題時(shí),可以將其轉(zhuǎn)化為三角函數(shù)問題解決,體現(xiàn)了轉(zhuǎn)化、化歸的數(shù)學(xué)思想,達(dá)到數(shù)學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用,在解高考數(shù)學(xué)試題時(shí)也有用武之地.下面我們以高考題為例加以說明.
二、范圍問題
求參數(shù)的取值范圍,是高考的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題,由于求參數(shù)范圍的方法眾多,如何選擇往往成為考生思考的難點(diǎn).如果選擇直線的參數(shù)方程,利用三角函數(shù)的值域求解,則比較簡單.
例2(2008年高考福建卷理科第21題):如圖,橢圓■+■=1(a>b>0)的一個(gè)焦點(diǎn)是F(1,0),O為坐標(biāo)原點(diǎn).
(Ⅰ)已知橢圓短軸的兩個(gè)三等分點(diǎn)與一個(gè)焦點(diǎn)構(gòu)成正三角形,求橢圓的方程;
(Ⅱ)設(shè)過點(diǎn)F的直線l交橢圓于A、B兩點(diǎn).若直線l繞點(diǎn)F任意轉(zhuǎn)動(dòng),恒有|OA|■+|OB|■
解:(Ⅰ)略,橢圓方程為■+■=1.
(Ⅱ)設(shè)直線AB的參數(shù)方程為x=1+tcosθy=tsinθ(t為參數(shù)),代入■+■=1得
(b■cos■θ+a■sin■θ)t■+2b■cosθt+b■-a■b■=0.
設(shè)上述方程的兩根為t■,t■,由韋達(dá)定理知:
t■+t■=-■t■t■=■①
根據(jù)t的幾何意義,不妨設(shè)|FA|=t■,則|FB|=-t■,|AB|=t■-t■,
又設(shè)A(1+t■cosθ,t■sinθ),B(1+t■cosθ,t■sinθ),
|OA|■+|OB|■
(1+t■cosθ)■+(t■sinθ)■+(1+t■cosθ)■+(t■sinθ)■
化簡得:1+(t■+t■)cosθ+t■t■
1-■+■
■
顯然有a■sin■θ-b■cos■θ+b■-a■b■
即(a■+b■)sin■θ-a■b■
■>sin■θ恒成立,
sinθ∈[0,1],
■>1,②
橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)F(1,0),C=1,b■=a■-c■=a■-1③
由②,③得a■
因?yàn)閍>0,b>0,所以a0,
解得a>■或a■.
本例在解題中,充分發(fā)揮了直線參數(shù)方程在解題中的優(yōu)勢(shì)(參數(shù)的幾何意義、三角函數(shù)變換),由恒成立問題、三角函數(shù)的值域,巧妙地利用橢圓中a、b、c的關(guān)系實(shí)施轉(zhuǎn)化,得到了關(guān)于a的二次不等式使問題獲解,解題目標(biāo)明確,思路清晰,方法可行.
三、證明問題
例3(2013年全國理科高考卷第21題):已知雙曲線C:■-■=1(a>0,b>0)的左、右焦點(diǎn)分別為F■,F(xiàn)■,離心率為3,直線y=2與C的兩個(gè)交點(diǎn)間的距離為■.
(Ⅰ)求a,b;
(Ⅱ)設(shè)過F■的直線l與C的左、右兩支分別相交于A,B兩點(diǎn),且 |AF■|=|BF■|,證明:|AF■|,|AB|,|BF■|成等比數(shù)列.
解:(Ⅰ)易得a=1,b=2■,c=3,雙曲線方程為x■-■=1.
(Ⅱ)如圖,F(xiàn)■(3,0)
設(shè)過F■的直線為x=3+tcosκy=tsinα(t為參數(shù))
其中|AF■|=-t■,|BF■|=-t■,
|AB|=|AF■|-|BF■|=|AF■|+2a-|BF■|+2a=4a=4,即-t■+t■=4①
將直線參數(shù)方程代入雙曲線方程,得8(3+tcosθ)■-t■sin■θ=8,化簡得
(9cos■θ-1)t■+48cosθ·t+64=0.
由韋達(dá)定理知,
t■+t■=■,t■t■=■.
由①式知|AB|=|t■-t■|=4,
|AB|■=16②
另一方面,
(t■-t■)■=(t■+t■)■-4t■t■=(■)■-4×■=16,解得cos■θ=■.
|AF■|·|BF■|=t■t■=■=16③
一、考查點(diǎn)或曲線的極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的互化
例1 (2007年新課標(biāo))O1和O2的極坐標(biāo)方程分別為ρ=4cosθ,ρ=-4sinθ.
(1)把O1和O2的極坐標(biāo)方程化為直角坐標(biāo)方程;
(2)求經(jīng)過O1和O2交點(diǎn)的直線的直角坐標(biāo)方程.
解析 以極點(diǎn)為原點(diǎn),極軸為x軸正半軸,建立平面直角坐標(biāo)系,兩坐標(biāo)系中取相同的長度單位.
(1)x=ρcosθ,y=ρsinθ,由ρ=4cosθ得ρ2=4ρcosθ.所以x2+y2=4x.
即x2+y2-4x=0為O1的直角坐標(biāo)方程.同理x2+y2+4y=0為O2的直角坐標(biāo)方程.
(2)由x2+y2-4x=0,
x2+y2+4y=0,解得x1=0,
y1=0,x2=2,
y2=-2.即O1,O2交于點(diǎn)(0,0)和(2,-2).過交點(diǎn)的直線的直角坐標(biāo)方程為y=-x.
方法總結(jié) 1.要抓住極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)互化公式x=ρcosθ
y=ρsinθ和ρ2=x2+y2
tanθ=yx(ρ≥0,
0≤θ≤2π)這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),這樣就可以把極坐標(biāo)問題轉(zhuǎn)化為直角坐標(biāo)問題解決.2.對(duì)點(diǎn)的極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的互化要抓住公式,但要注意把點(diǎn)的直角坐標(biāo)化為極坐標(biāo),求極角θ時(shí),應(yīng)注意判斷點(diǎn)P所在的象限,以便正確地求出角θ,當(dāng)點(diǎn)位于直角坐標(biāo)軸上時(shí),可以充分利用數(shù)形結(jié)合的思想直接寫出點(diǎn)的極坐標(biāo).
二、考查曲線的參數(shù)方程和普通方程的互化
例2 (2008年新課標(biāo))已知曲線C1:x=cosθ,
y=sinθ(θ為參數(shù)),曲線C2:x=22t-2,
y=22(t為參數(shù)).
(1)指出C1,C2各是什么曲線,并說明C1與C2公共點(diǎn)的個(gè)數(shù);
(2)若把C1,C2上各點(diǎn)的縱坐標(biāo)都?jí)嚎s為原來的一半,分別得到曲線C′1,C′2.寫出C′1,C′2的參數(shù)方程.C′1與C′2公共點(diǎn)的個(gè)數(shù)和C1與C2公共點(diǎn)的個(gè)數(shù)是否相同?說明你的理由.
解析 (1)C1是圓,C2是直線.C1的普通方程為x2+y2=1,圓心C1(0,0),半徑r=1.C2的普通方程為x-y+2=0.因?yàn)閳A心C1到直線x-y+2=0的距離為1,所以C2與C1只有一個(gè)公共點(diǎn).
(2)壓縮后的參數(shù)方程分別為C′1:x=cosθ,
y=12sinθ(θ為參數(shù)); C′2:x=22t-2,
y=24t(t為參數(shù)).化為普通方程為:C′1:x2+4y2=1,C′2:y=12x+22,聯(lián)立消元得2x2+22x+1=0,其判別式Δ=(22)2-4×2×1=0,故壓縮后的直線C′2與橢圓C′1只有一個(gè)公共點(diǎn),和C1與C2公共點(diǎn)個(gè)數(shù)相同.
方法總結(jié) 將參數(shù)方程化為普通方程的關(guān)鍵是消去參數(shù):一要熟練掌握常用的消參方法(如整體代換、代入消去法、加減消去法、恒等式(三角的或代數(shù)的)消去法),二要注意參數(shù)的取值范圍的一致性.
三、考查點(diǎn)的軌跡的參數(shù)方程
例3 (2010年新課標(biāo)卷)已知直線C1:x=1+tcosα,
y=tsinα(t為參數(shù)),C2:x=cosθ
y=sinθ(θ為參數(shù)).
(1)當(dāng)α=π3時(shí),求C1與C2的交點(diǎn)坐標(biāo);
(2)過坐標(biāo)原點(diǎn)O作C1的垂線,垂足為A,P為OA中點(diǎn),當(dāng)α變化時(shí),求P點(diǎn)的軌跡的參數(shù)方程,并指出它是什么曲線.
解析 (1)當(dāng)α=π3時(shí),C1的普通方程為y=3(x-1),C2的普通方程為x2+y2=1.聯(lián)立方程組,解得C1與C2的交點(diǎn)為(1,0),(12,-32).
(2)C1的普通方程為xsinα-ycosα-sinα=0.A點(diǎn)坐標(biāo)為sin2α-cosαsinα,故當(dāng)α變化時(shí),P點(diǎn)軌跡的參數(shù)方程為x=12sin2α,
y=-12sinαcosαα為參數(shù),P點(diǎn)軌跡的普通方程為(x-14)2+y2=116,故P點(diǎn)軌跡是圓心為14,0,半徑為14的圓.
方法總結(jié) 用參數(shù)法求點(diǎn)的軌跡方程,是通過已知條件把所求的點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)分別表示為某個(gè)參數(shù)(該參數(shù)通常是角度)的函數(shù),但要注意參數(shù)的取值范圍.
四、考查曲線參數(shù)方程的應(yīng)用
例4 (2013年浙江)在直角坐標(biāo)系xOy中,曲線C:x=2cosθ,
y=sinθ(θ為參數(shù)),過點(diǎn)P(2,1)的直線與曲線C交于A,B兩點(diǎn).若PA?PB=83,求AB的值.
解析 由題意,曲線C的直角坐標(biāo)方程為x2+2y2=2.設(shè)過點(diǎn)P(2,1)且傾斜角為α的直線的參數(shù)方程為x=2+tcosα,
y=1+tsinα(t為參數(shù)),設(shè)點(diǎn)A,B對(duì)應(yīng)的參數(shù)分別為t1,t2.將直線的參數(shù)方程代入x2+2y2=2,化簡得(1+sin2α)t2+4(sinα+cosα)t+4=0,
則Δ=16(2sinαcos2α-sin2α)>0 且t1+t2=4(sinα+cosα)1+sin2α,t1t2=41+sin2α.
由PA?PB=83得t1t2=41+sin2α=83,故sin2α=12,又由Δ>0得0<tanα<2,故 t1+t2=823,t1t2=83,所以AB=t1-t2=(t1+t2)2-4t1t2=
423.
方法總結(jié) 1.曲線的參數(shù)方程為x=f(θ),
關(guān)鍵詞 參數(shù)方程 求導(dǎo)法 高階導(dǎo)數(shù) 教學(xué)思路
中圖分類號(hào):G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
一元函數(shù)的導(dǎo)數(shù)是高等數(shù)學(xué)的主要內(nèi)容,學(xué)生能否掌握一元函數(shù)的求導(dǎo)直接影響到后面知識(shí)的學(xué)習(xí)。由參數(shù)方程所確定的函數(shù)的導(dǎo)數(shù)是教學(xué)中的一個(gè)重點(diǎn)也是難點(diǎn),特別是由參數(shù)方程所確定的函數(shù)的高階導(dǎo)數(shù),學(xué)生學(xué)起來普遍感到困難,做題時(shí),往往容易犯錯(cuò)。筆者結(jié)合自己多年來的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),談一談對(duì)這一部分內(nèi)容的教學(xué)改進(jìn)。
1 由參數(shù)方程所確定的函數(shù)的導(dǎo)數(shù)
如果參數(shù)方程
(1)
確定與間的函數(shù)關(guān)系,則稱此函數(shù)關(guān)系所表達(dá)的函數(shù)為由參數(shù)方程(1)所確定的函數(shù)。
對(duì)于由參數(shù)方程所確定的函數(shù)一階導(dǎo)數(shù)及高階導(dǎo)數(shù)的求法,大多數(shù)常用的《高等數(shù)學(xué)》教材①②中采用如下的處理方式:
設(shè)參數(shù)方程(1)確定函數(shù) = (),且(),()在()上可導(dǎo),()≠0,函數(shù) = ()具有單調(diào)連續(xù)反函數(shù) = (),且此反函數(shù)能與 = ()構(gòu)成復(fù)合函數(shù),那么由參數(shù)方程(1)所確定的函數(shù)可以看成由 = (), = ()復(fù)合而成的函數(shù)。利用復(fù)合函數(shù)的求導(dǎo)法則與反函數(shù)的求導(dǎo)法則,就有
2 原有的教學(xué)思路
在以前的教學(xué)中,通常采用如下的教學(xué)思路:首先講解一階求導(dǎo)公式(2)的推導(dǎo)過程,然后求高階導(dǎo)數(shù)時(shí)一再強(qiáng)調(diào)是對(duì)求導(dǎo),所以求高階導(dǎo)數(shù)時(shí),仍需利用復(fù)合函數(shù)的鏈?zhǔn)角髮?dǎo)法則,先對(duì)求導(dǎo)再乘以對(duì)的導(dǎo)數(shù),即
= ()= ()?
從而推導(dǎo)出公式二階求導(dǎo)公示(3)。按照這樣的思路講解后,發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)由參數(shù)方程所確定的函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)掌握得還可以,但求高階導(dǎo)數(shù)時(shí)總?cè)菀壮霈F(xiàn)下列的錯(cuò)誤解法。
例1 設(shè)確定是的函數(shù)。求,。
有些學(xué)生的解答如下:
很顯然,上述解答中二階導(dǎo)數(shù)求解是錯(cuò)的,正確的解答應(yīng)該為
通過作業(yè)發(fā)現(xiàn),犯這種錯(cuò)誤的學(xué)生還比較多。細(xì)究其中的原因發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)前面剛學(xué)習(xí)的復(fù)合函數(shù)的鏈?zhǔn)角髮?dǎo)法則與反函數(shù)的求導(dǎo)法則掌握欠佳,這樣直接導(dǎo)致對(duì)求導(dǎo)公式(2),(3)的推導(dǎo)不理解。但因?yàn)橐浑A導(dǎo)數(shù)有簡潔的求導(dǎo)公式(2),學(xué)生容易記住。盡管有的學(xué)生可能一時(shí)還不理解公式(2)的由來。但只要記住了公式,就能求出一階導(dǎo)數(shù)。而求二階導(dǎo)數(shù)雖然有公式(3),但比較復(fù)雜,不易理解。而且學(xué)生只是認(rèn)為求二階導(dǎo)數(shù)就是對(duì)一階導(dǎo)數(shù)再求一次導(dǎo),卻忽略了對(duì)誰求導(dǎo)的問題,從而導(dǎo)致了求二階導(dǎo)數(shù)的錯(cuò)誤做法。
3 新的教學(xué)思路
在發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在的問題并對(duì)其原因進(jìn)行分析后,決定改進(jìn)以前的教學(xué)思路,采取如下的教學(xué)過程:
第一步,仔細(xì)講解一階求導(dǎo)公式(2)的推導(dǎo)過程,并選幾個(gè)例題讓學(xué)生熟悉并牢記一階求導(dǎo)公式(2);
第二步,引導(dǎo)學(xué)生明白既然是的函數(shù),那么它的一階導(dǎo)數(shù)也應(yīng)該仍是的函數(shù)。但從前面的例題的結(jié)果中發(fā)現(xiàn)中的變量仍為,比如例題1中 = 。事實(shí)上,一階導(dǎo)數(shù)仍是由參數(shù)方程所確定的函數(shù),所以,應(yīng)該表示為
(4)
第三步,既然一階導(dǎo)數(shù)是由參數(shù)方程(4)所確定的函數(shù),而求二階導(dǎo)數(shù)就是一階導(dǎo)數(shù)再對(duì)求導(dǎo)。故只需要再一次使用由參數(shù)方程所確定的函數(shù)的一階求導(dǎo)公式(2),便可得到二階求導(dǎo)公式,
= ()=
即 = (5)
公式(5)就是由參數(shù)方程所確定的函數(shù)的二階求導(dǎo)公式,與其一階求導(dǎo)公式在形式上是一致的。
例2 設(shè)確定是的函數(shù)。求。
解: = = =
因?yàn)槿匀皇菂?shù)方程,故
= = = =
按照這種方式講解以后,學(xué)生就很少犯例題1解答中那樣的錯(cuò)誤。而且這樣講解的好處是不僅使二階導(dǎo)數(shù)的求導(dǎo)變得簡單直觀、容易理解, 而且對(duì)于更高階導(dǎo)數(shù)也是如此。
與二階求導(dǎo)公式類似,我們有
=
例3 在例題2中,求。
解: =
=
=
=
從以上可以看出,在新的教學(xué)思路下,由參數(shù)方程所確定的函數(shù)的高階導(dǎo)數(shù)的求法變得很直觀。只要理解和記住了一階求導(dǎo)公式,那么求任意階導(dǎo)數(shù)都迎刃而解。
一、 消參
已知參數(shù)方程,要求消去參數(shù)將其化為普通方程,進(jìn)而更好地研究參數(shù)方程所表示的曲線的幾何性質(zhì).這是學(xué)習(xí)參數(shù)方程的最低層次.
例1
已知曲線C的參數(shù)方程為C:x=2cos θ,y=2sin θ(0≤θ≤π),求曲線C的長度.
分
析
要求該曲線的長度,需知該曲線的形狀,而該曲線是由參數(shù)方程的形式給出的,因此先要消去參數(shù)化為普通方程,再看其表示的是何種曲線,進(jìn)而解決本題.
解
因sin2 θ+cos2θ=1,故曲線C的參數(shù)方程可化為x2+y2=4,不難知道該普通方程所表示的圖形是圓.但注意到0≤θ≤π,故該參數(shù)方程所表示的曲線是以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心,2為半徑的半圓(上半圓).所以其長度應(yīng)是圓周長l=2πR=4π的一半,即曲線C的長度為2π.
點(diǎn)
評(píng)
消參是學(xué)習(xí)參數(shù)方程的第一層次,也是最低層次,特別值得注意的是消去參數(shù)時(shí)一定要注意參數(shù)的取值范圍,保持消參后的普通方程與原參數(shù)方程的等價(jià)性.
二、 用參
已知參數(shù)方程,如何靈活、正確地使用好參數(shù),是學(xué)習(xí)參數(shù)方程的第二層次,有一定的難度.
例2
已知直線l的參數(shù)方程為l:x=1+t,y=1-t(t為參數(shù)),曲線C的參數(shù)方程為C:x=2cos θ,y=sin θ(0≤θ≤2π),若直線l與曲線C交于兩點(diǎn)M,N,求線段MN的長度.
分
析
本題若直接消去參數(shù)將曲線C與直線l化歸為普通方程,則過程較為繁冗,而且具有一定的難度.其實(shí)只要將曲線C化歸為普通方程,再靈活運(yùn)用直線l的參數(shù)方程,即可使本題簡捷巧妙地獲解.
解
將曲線C化為普通方程,可得x2+4y2=4(該曲線為橢圓),直接將直線l的參數(shù)方程代入,可得5t2-6t+1=0,解之得t=1或t=15.
當(dāng)t=1時(shí),x=2,y=0,即得直線l與曲線C的一個(gè)交點(diǎn)為M(2,0);當(dāng)t=15時(shí),x=65,y=45,即得直線l與曲線C的另一個(gè)交點(diǎn)為N65,45.所以線段MN的長度|MN|=452+452=452.
點(diǎn)
評(píng)
靈活借助直線的參數(shù)方程,巧妙將問題進(jìn)行化歸和轉(zhuǎn)化,從而使得問題的解答簡捷明快,發(fā)揮了參數(shù)方程的優(yōu)勢(shì),體現(xiàn)了參數(shù)的功能與優(yōu)越性.
三、 設(shè)參
如何依據(jù)題設(shè)條件設(shè)置參數(shù),巧妙建立參數(shù)方程,進(jìn)而將問題進(jìn)行合理、有效地化歸與轉(zhuǎn)化,是學(xué)習(xí)參數(shù)方程的第三層次,也是學(xué)好參數(shù)方程的最高境界.
圖1
例3
如圖1,給定兩個(gè)長度為1的平面向量OA和OB,它們的夾角為120°,點(diǎn)C在以O(shè)為圓心的圓弧AB上變動(dòng),若OC=xOA+yOB,其中x,y∈R,則x+y的最大值是 .
分
析
不難看出點(diǎn)A,B,C都在半徑為1的圓上,因此解答本題的關(guān)鍵是如何選擇變量做為參數(shù).這里可以通過建立以O(shè)為原點(diǎn),OA為x軸的平面直角坐標(biāo)系,設(shè)OC與OA的夾角為θ,借助圓的參數(shù)方程構(gòu)建出關(guān)于θ的函數(shù),再求其最大值.
解
建立以O(shè)為原點(diǎn),OA為x軸的平面直角坐標(biāo)系,設(shè)OC與OA的夾角為θ(0<θ<2π3),則A(1,0),B(cos120°,sin120°),C(cos θ,sin θ).
由OC=xOA+yOB,得x+ycos120°=cos θ,ysin 120°=sin θ,即x-12y=cos θ,32y=sin θ,可得y=23sin θ,x=13sin θ+cos θ,所以x+y=3sin θ+cos θ=2sin (θ+π6),注意到0<θ<2π3,故當(dāng)θ=π3時(shí),x+y取最大值2.
點(diǎn)
評(píng)
本題通過建立平面直角坐標(biāo)系,并選取OC與OA的夾角為參變量,借助圓的參數(shù)方程與向量的坐標(biāo)形式建立目標(biāo)函數(shù),最終將問題化歸為求給定區(qū)間上的三角函數(shù)的最大值問題.設(shè)置參數(shù)起到了簡捷明快地解題的作用.
1. 已知曲線C的參數(shù)方程為
x=t-1t,