極坐標(選修)的知識點匯總!!!

2021-02-19 高中數學王暉
直角坐標系的伸縮變換設點P(x,y)是平面直角坐標系中的任意一點,在變換

的作用下,點P(x,y)對應到點P'(x',y'),稱ɸ為平面直角坐標系中的坐標伸縮變換,簡稱伸縮變換。

例題:在平面直角坐標系中,求下列方程所對應的圖形經過伸縮變換

的圖形。

(1)2x+3y=0; (2) x2+y2=1

解:

備註:   

①由f(x)變成f(nx)

(1)當n>1時,縱坐標不變,橫坐標縮小為原來的1/n倍

(2)當0<n<1時,縱坐標不變,橫坐標伸長為原來的1/n倍

②由f(x)變成nf(x)

(1)當n>1時,橫坐標不變,縱坐標伸長為原來的n倍

(2)當0<n<1時,橫坐標不變,縱坐標縮小為原來的n倍

變式1:把曲線y=3sin2x的圖像經過下面的伸縮變換

得到的圖像所對應的方程為多少?

變式2:在同一平面直角坐標中,求滿足下列圖形變換的伸縮變換:

(1)直線x-2y=2變成直線2x『-y『=4;

(2)曲線x2-y2-2x=0變成曲線x『2-16y『2-4x『=0


極坐標的基本概念

如下圖,在平面內取一個定點O,叫做極點;自極點O引一條射線Ox,叫做極軸;再選定一個長度單位、一個角度單位(通常取弧度)及其正方向(通常取逆時針方向),這樣就建立了一個極坐標系。

M是平面內一點,極點O與點M的距離│OM│叫做點M的極徑,記為ρ;以極軸Ox為始邊,射線OM為終邊的角xOM叫做點M的極角,記為θ,有序數對(ρ,θ)叫做點M的極坐標,記作M(ρ,θ)

一般地,不作特殊說明時,我們認為ρ≥0,θ可取任意實數。

另外,極坐標(ρ,θ)與(ρ,θ+2kπ)(k∈Z)表示同一個點,特別地,極點O的坐標為(0,θ) (θ∈R),和直角坐標系不同,平面內一個點的極坐標有無數種表示。

如果規定ρ>0,0≤θ<2π,那麼除極點外,平面內的點可用唯一的極坐標(ρ,θ)表示;同時,極坐標(ρ,θ)表示的點也是唯一確定的。

極坐標和直角坐標互化

解:

解:

備註:

把直角坐標轉化為極坐標時,通常有不同的表示法(極角相差2π的整數倍),一般只要取θ∈[0,2π)就可以了。

簡單曲線的極坐標方程定義:

一般地,如果一條曲線上任意一點都有一個極坐標適合方程f(ρ,θ)=0的點在曲線上,那麼這個方程稱為這條曲線的極坐標方程,這條曲線稱為這個極坐標方程的曲線。

圓的極坐標方程:

①在極坐標中,以極點為圓心,r為半徑的圓的極坐標方程是:ρ=r;

②在極坐標中,以C(a,0) (a>0)為圓心,a為半徑的圓的極坐標方程式:ρ=2acosθ;

③在極坐標中,以C(a,π/2) (a>0)為圓心,a為半徑的圓的極坐標方程式:ρ=2asinθ;

④在極坐標中,以C(a,β) (a>0)為圓心,a為半徑的圓的極坐標方程式:ρ=2acos(θ-β)。

例題1:以極坐標系中的點(1,1)為圓心,1為半徑的圓的方程是多少?

解:

根據以下結論:

在極坐標中,以C(a,β) (a>0)為圓心,a為半徑的圓的極坐標方程式:ρ=2acos(θ-β)。

再結合題目可知:

a=1,β=1,

∴圓的極坐標方程為:ρ=2cos(θ-1)

例題2:曲線的極坐標方程ρ=4sinθ化為直角坐標方程是什麼?

解:

∵ρ=4sinθ

兩邊同時乘以ρ可得:

ρ2=4ρsinθ

又ρ2=x2+y2,y=ρsinθ帶入上式,

整理得:

x2+(y-2)2=4

直線的極坐標方程:

①在極坐標中,θ=α(ρ≥0)表示以極點為起點的一條射線;

②在極坐標中,θ=α(ρ∈R)表示過極點的一條直線(此處的ρ∈R就說明ρ可取正,也可取負);

備註:

通常情況下,默認ρ≥0,只有特殊說明ρ<0,我們才認為ρ可以取負值。

③在極坐標中,過點A(a,0)(a>0),且垂直於極軸的直線L的極坐標方程為:ρcosθ=a。

求直線極坐標方程的方法:

①根據題意畫草圖;

②設點M(ρ,θ)是直線上任意一點;

③連接MO;

④根據幾何條件建立關於ρ,θ的方程,並化簡;

⑤檢驗並確認所得的方程即為所求。

例題:設點P的極坐標為A(a,0),直線L過點P且與極軸所成的角為α,求直線L的極坐標方程。

解:


柱坐標系和球坐標系

柱坐標系:

一般地,建立空間直角坐標系O-xyz,設P是空間任意一點,它在Oxy平面上的投影為Q,用(ρ,θ)(ρ≥0,0≤θ≤2π)表示點Q在平面Oxy上的極坐標,這時點P的位置可用有序數組(ρ,θ,z)(z∈R)表示。這樣,我們建立了空間的點與有序數組(ρ,θ,z)之間的一種對應關係。把建立上述對應關係的坐標系叫做柱坐標系,有序數組(ρ,θ,z)叫做點P的柱坐標,記作P(ρ,θ,z),其中ρ≥0,0≤θ<2π,-∞<z<+∞。

空間點P的直角坐標(x,y,z)與柱坐標(ρ,θ,z)之間的變換公式為:

球坐標系:

一般地,建立空間直角坐標系O-xyz,設P是空間任意一點,連接OP,即│OP│=r,OP與Oz軸正向所夾的角為β,設P在Oxy平面上的射影為Q,Ox軸按逆時針方向旋轉到OQ時所轉過的最小正角為θ,這樣點P的位置就可以用有序數組(r,β,θ)表示,這樣,空間的點與有序數組(r,β,θ)之間建立了一種對應關係,把建立上述對應關係的坐標系叫做球坐標系,有序數組(r,β,θ),加做點P的球坐標,記作P(r,β,θ),其中r≥0,0≤β≤π,0≤θ≤2π。

空間點P的直角坐標(x,y,z)與球坐標(r,β,θ)之間的變換公式為:

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