选修4−44-4:坐标系与参数方程 在直角坐标系xOyxOy中,曲线C1C_{1}的参数方程为{x=3cos⁡α,y=sin⁡α(α\begin{cases}x= \sqrt{3}\cos α, \\ y=\sin α\end{cases}(α为参数).).以坐标原点为极点,以xx轴的正半轴为极轴,建立极坐标系,曲线C2C_{2}的极坐标方程为ρsin⁡(θ+π4)=22ρ\sin (θ+ \dfrac{π}{4})=2 \sqrt{2}. (1)写出C1C_{1}的普通方程和C2C_{2}的直角坐标方程; (2)设点PP在C1C_{1}上,点QQ在C2C_{2}上,求∣PQ∣|PQ|的最小值及此时PP的直角坐标.

先不看答案,让 AI 诊断你卡在哪里?

它不会直接告诉你答案,而是问你卡在哪一步看看 AI 是怎么陪你一步步弄懂这道题的

完整解法

(1)

1. 求曲线$C_1$的普通方程

曲线C1C_1的参数方程为{x=3cos⁡αy=sin⁡α\begin{cases}x= \sqrt{3}\cos \alpha \\ y=\sin \alpha\end{cases},
将其变形为{x3=cos⁡αy=sin⁡α\begin{cases}\dfrac{x}{\sqrt{3}}=\cos \alpha \\ y=\sin \alpha\end{cases}.
利用同角三角函数关系式cos⁡2α+sin⁡2α=1\cos^2 \alpha + \sin^2 \alpha = 1,消去参数α\alpha可得:
x23+y2=1\dfrac{x^2}{3}+y^2=1.
所以,曲线C1C_1的普通方程为x23+y2=1\dfrac{x^2}{3}+y^2=1.

2. 求曲线$C_2$的直角坐标方程

曲线C2C_2的极坐标方程为ρsin⁡(θ+π4)=22\rho\sin \left(\theta+ \dfrac{\pi}{4}\right)=2 \sqrt{2}.
展开左侧可得:
ρ(sin⁡θcos⁡π4+cos⁡θsin⁡π4)=22\rho\left(\sin \theta \cos \dfrac{\pi}{4} + \cos \theta \sin \dfrac{\pi}{4}\right) = 2 \sqrt{2}
ρ(22sin⁡θ+22cos⁡θ)=22\rho\left(\dfrac{\sqrt{2}}{2}\sin \theta + \dfrac{\sqrt{2}}{2}\cos \theta\right) = 2 \sqrt{2}
化简得:
ρcos⁡θ+ρsin⁡θ=4\rho\cos \theta + \rho\sin \theta = 4.
由极坐标与直角坐标的转换公式 {x=ρcos⁡θy=ρsin⁡θ\begin{cases}x = \rho\cos \theta \\ y = \rho\sin \theta\end{cases},代入上式得:
x+y−4=0x+y-4=0.
所以,曲线C2C_2的直角坐标方程为x+y−4=0x+y-4=0.

答案

C1C_1的普通方程为x23+y2=1\dfrac{x^2}{3}+y^2=1,C2C_2的直角坐标方程为x+y−4=0x+y-4=0.

(2)

1. 用参数表示点P到直线C2的距离

由已知,点PP在曲线C1C_1上,可设点PP的坐标为(3cos⁡α,sin⁡α)(\sqrt{3}\cos \alpha, \sin \alpha).
点QQ在直线C2:x+y−4=0C_2: x+y-4=0上,则∣PQ∣|PQ|的最小值即为点PP到直线C2C_2的距离dd的最小值.
根据点到直线的距离公式:
d=∣3cos⁡α+sin⁡α−4∣12+12=∣3cos⁡α+sin⁡α−4∣2d = \dfrac{|\sqrt{3}\cos \alpha + \sin \alpha - 4|}{\sqrt{1^2+1^2}} = \dfrac{|\sqrt{3}\cos \alpha + \sin \alpha - 4|}{\sqrt{2}}.

2. 利用三角恒等变换简化距离表达式

利用辅助角公式将3cos⁡α+sin⁡α\sqrt{3}\cos \alpha + \sin \alpha进行化简:
3cos⁡α+sin⁡α=2sin⁡(α+π3)\sqrt{3}\cos \alpha + \sin \alpha = 2\sin\left(\alpha + \dfrac{\pi}{3}\right).
所以距离 d=∣2sin⁡(α+π3)−4∣2d = \dfrac{\left|2\sin\left(\alpha + \dfrac{\pi}{3}\right) - 4\right|}{\sqrt{2}}.

3. 求距离的最值以及此时的参数值和点P坐标

因为 −1≤sin⁡(α+π3)≤1-1 \le \sin\left(\alpha + \dfrac{\pi}{3}\right) \le 1,
所以当 sin⁡(α+π3)=1\sin\left(\alpha + \dfrac{\pi}{3}\right) = 1 时,分子达到最小值:
dmin⁡=∣2×1−4∣2=22=2d_{\min} = \dfrac{|2 \times 1 - 4|}{\sqrt{2}} = \dfrac{2}{\sqrt{2}} = \sqrt{2}.
由 sin⁡(α+π3)=1\sin\left(\alpha + \dfrac{\pi}{3}\right) = 1,取 α+π3=π2\alpha + \dfrac{\pi}{3} = \dfrac{\pi}{2},得 α=π6\alpha = \dfrac{\pi}{6}.
此时点PP的直角坐标为:
x=3cos⁡π6=3×32=32x = \sqrt{3}\cos \dfrac{\pi}{6} = \sqrt{3} \times \dfrac{\sqrt{3}}{2} = \dfrac{3}{2},
y=sin⁡π6=12y = \sin \dfrac{\pi}{6} = \dfrac{1}{2}.
故 P(32,12)P\left(\dfrac{3}{2}, \dfrac{1}{2}\right).

答案

∣PQ∣|PQ|的最小值为2\sqrt{2},此时PP的直角坐标为(32,12)\left(\dfrac{3}{2}, \dfrac{1}{2}\right).

AI 分析,可能出错

用 AI 批改,圈出写错的那一步,并自动将你的薄弱点存入错题本,形成你的错因库。

同一知识点的其他题

  1. 1曲线 CC 的参数方程为 x=2cos⁡θ+cos⁡2θ,y=2sin⁡θ−sin⁡2θ,x = 2\cos\theta + \cos 2\theta, \quad y = 2\sin\theta - \sin 2\theta, 其中 0<θ<2π0 < \theta < 2\pi 且 θ≠2π3,π,4π3\theta \ne \frac{2\pi}{3}, \pi, \frac{4\pi}{3}…
  2. 2曲线 C 的参数方程为 x=at,  y=at3x = at,\; y = at^{3},其中 aa 为正常数。 曲线上的点 P 的参数为 pp,曲线在点 P 处的切线与 yy 轴交于点 S,与 xx 轴交于点 T。点 M 是 ST 的中点。求当 pp…
  3. 3曲线 CC 由参数方程定义 x=t−sin⁡tx = t - \sin t,y=sin⁡2ty = \sin^{2} t,  0≤t≤π\;0 \le t \le \pi。 曲线 CC 上的点 AA 对应的参数为 π2\dfrac{\pi}{2},且是一个极大值点。直线…
  4. 4曲线 C 由参数方程定义: x=θ2−1,y=tan⁡θ2,0≤θ<πx = \theta^2 - 1,\quad y = \tan\frac{\theta}{2},\quad 0 \le \theta < \pi。 求由 C、y 轴和 x 轴所围成且满足 x≤0x \le 0…
  5. 5在平面直角坐标系xOyxOy中,曲线CC的参数方程为{y=4sin⁡ax=4cos⁡a+2(a \begin{cases} \overset{x=4\cos a+2}{y=4\sin a}\end{cases}(a为参数)),以OO为极点,以xx轴…