极坐标系和直角坐标系的异同

前言

我们大多数人都习惯在直角坐标系下思考和运算,但近年的高考题目在考查坐标系和参数方程时,越来越多的考查我们在极坐标系下的思维能力,这让我们不得不学着在极坐标系下直接思考和计算,而不经过直角坐标系的转化。

相异之处

点的坐标不同,含义不同;

比如涉及到某点\(P\),在直角坐标系下其表示为\(P(x,y)\),在极坐标系下表示为\(P(\rho,\theta)\)

刻画点到原点的距离时难易程度不同;

如果同时刻画距离\(|OP|\),则在直角坐标系下为\(|OP|=\sqrt{x^2+y^2}\),是二元根式函数问题,在极坐标系下为\(|OP|=\rho\),就是一元一次函数,相关的运算就简单的多了。

求交点坐标时的难易程度不同;

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

相同之处

求轨迹方程的思路方法相同;

  • 求轨迹方程的一般步骤[在直角坐标系下和极坐标系下都是一样的]

①建立坐标系,用\((x,y)\)表示曲线上的任意一点\(M\)的坐标;

②写出适合条件\(p\)的点\(M\)的集合\(P=\{M|p(M)\}\)

③用坐标表示条件\(p(M)\),列出方程\(f(x,y)=0\),并化简;

④查缺补漏,并完善;

都能使用相关点法求轨迹方程;

例1 【2019届理科数学周末训练1第22题】已知直线\(l\)的极坐标方程为\(\rho sin(\theta-\cfrac{\pi}{3})=0\),以极点为平面直角坐标系的原点,极轴为\(x\)轴的正半轴,建立平面直角坐标系,曲线\(C\)的参数方程为\(\left\{\begin{array}{l}{x=2cos\alpha}\\{y=2+2sin\alpha}\end{array}\right.(\alpha为参数)\)

(2)从极点做曲线\(C\)的弦,求弦的中点\(M\)轨迹的极坐标方程。

分析:①平面直角坐标系下使用相关点法

【法1】设过坐标原点的直线和圆相交于点\(P(x_0,y_0)\),则所得弦的中点坐标为\(M(x,y)\)

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

代入整理得到普通方程为\(x^2+(y-1)^2=1\)

即其极坐标方程为\(\rho=2sin\theta\),其中\(\theta\in(0,\pi)\),而不是\(\theta\in[0,\pi)\),以保证弦的存在。

②极坐标系中使用相关点法

【法2】曲线\(C\)的极坐标方程为\(\rho=4sin\theta\),过极点的直线的极坐标方程为\(\theta=\alpha\)

设直线和曲线\(C\)的交点的极坐标为\((\rho_1,\alpha)\),则弦的中点\(M\)的极坐标为\((\rho,\alpha)\)

由题目可知,\(\rho_1=2\rho\),代入曲线\(C\)的极坐标方程为\(2\rho=4sin\alpha\)

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

故弦的中点\(M\)轨迹的极坐标方程为\(\rho=2sin\alpha\),其中\(\alpha\in(0,\pi)\)

说明:由于弦的中点要存在,则必须保证\(\rho\neq 0\),即原来的\(\alpha\in[0,\pi)\)必须变为\(\alpha\in(0,\pi)\)

都可以使用韦达定理,都可以使用求根公式;

极坐标系和直角坐标系的异同_第1张图片
极坐标系和直角坐标系的异同_第2张图片

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