在直角坐标系xOyxOy中,圆CC的方程为(x−3)2+(y+1)2=9(x- \sqrt {3})^{2}+(y+1)^{2}=9,以OO为极点,xx轴的非负半轴为极轴建立极坐标系. (1)求圆CC的极坐标方程; (2)直线OPOP:θ=π6(p∈R)θ= \dfrac {π}{6}(p∈R)与圆CC交于点MM,NN,求线段MNMN的长.

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完整解法

(1)

1. 展开圆的直角坐标方程

圆CC的直角坐标方程为(x−3)2+(y+1)2=9(x-\sqrt{3})^2+(y+1)^2=9,将其展开可得:
x2−23x+3+y2+2y+1=9x^2-2\sqrt{3}x+3+y^2+2y+1=9
整理得:
x2+y2−23x+2y−5=0x^2+y^2-2\sqrt{3}x+2y-5=0

2. 利用直角坐标与极坐标的互化公式,求出圆的极坐标方程

利用直角坐标与极坐标的转换公式:
x=ρcos⁡θ,y=ρsin⁡θ,x2+y2=ρ2x = \rho\cos\theta, \quad y = \rho\sin\theta, \quad x^2+y^2 = \rho^2
将上述公式代入整理后的方程中,可得:
ρ2−23ρcos⁡θ+2ρsin⁡θ−5=0\rho^2 - 2\sqrt{3}\rho\cos\theta + 2\rho\sin\theta - 5 = 0
这就是圆CC的极坐标方程。

答案

ρ2−23ρcos⁡θ+2ρsin⁡θ−5=0\rho^2 - 2\sqrt{3}\rho\cos\theta + 2\rho\sin\theta - 5 = 0

(2)

1. 将直线的极坐标方程代入圆的极坐标方程中,简化得到关于$\rho$的一元二次方程

将直线OPOP的方程θ=π6\theta = \dfrac{\pi}{6}代入圆CC的极坐标方程ρ2−23ρcos⁡θ+2ρsin⁡θ−5=0\rho^2-2\sqrt{3}\rho\cos\theta+2\rho\sin\theta-5=0中,得:
ρ2−23ρcos⁡π6+2ρsin⁡π6−5=0\rho^2-2\sqrt{3}\rho\cos\dfrac{\pi}{6}+2\rho\sin\dfrac{\pi}{6}-5=0
因为cos⁡π6=32\cos\dfrac{\pi}{6} = \dfrac{\sqrt{3}}{2},sin⁡π6=12\sin\dfrac{\pi}{6} = \dfrac{1}{2},代入计算得:
ρ2−23ρ⋅32+2ρ⋅12−5=0\rho^2-2\sqrt{3}\rho \cdot \dfrac{\sqrt{3}}{2}+2\rho \cdot \dfrac{1}{2}-5=0
整理得:
ρ2−2ρ−5=0\rho^2-2\rho-5=0

2. 利用一元二次方程根与系数的关系求出弦长

设方程ρ2−2ρ−5=0\rho^2-2\rho-5=0的两根分别为ρ1,ρ2\rho_1, \rho_2,对应交点M,NM, N的极径。
由根与系数的关系(韦达定理)可知:
ρ1+ρ2=2,ρ1ρ2=−5\rho_1 + \rho_2 = 2, \quad \rho_1 \rho_2 = -5
因此,线段MNMN的长为:
∣MN∣=∣ρ1−ρ2∣=(ρ1+ρ2)2−4ρ1ρ2=22−4(−5)=24=26|MN| = |\rho_1 - \rho_2| = \sqrt{(\rho_1+\rho_2)^2 - 4\rho_1\rho_2} = \sqrt{2^2 - 4(-5)} = \sqrt{24} = 2\sqrt{6}

答案

262\sqrt{6}

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