在平面直角坐标系中,曲线C1C_{1}的参数方程为{x=−1+5cos⁡αy=−2+5sin⁡α(α\begin{cases}x=-1+\sqrt{5}\cos α\\ y=-2+\sqrt{5}\sin α\end{cases}(α为参数).).以坐标原点OO为极点,xx轴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)=−22.(Ⅰ)ρ\sin(θ+\dfrac{π}{4})=-2\sqrt{2}.(Ⅰ)求曲线C1C_{1}的极坐标方程和曲线C2C_{2}的直角坐标方程; (Ⅱ)(Ⅱ)已知直线ll的极坐标方程为θ=5π4(ρ∈R)θ=\dfrac{5π}{4}(ρ\in R),ll分别与曲线C1C_{1}和C2C_{2}交于点A(A(异于点O)O)和点BB,求线段ABAB的长.

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完整解法

(Ⅰ)

1. 消去参数 $\alpha$,求得曲线 $C_1$ 的直角坐标方程

由曲线 C1C_{1} 的参数方程为 {x=−1+5cos⁡αy=−2+5sin⁡α\begin{cases}x=-1+\sqrt{5}\cos \alpha\\ y=-2+\sqrt{5}\sin \alpha\end{cases},
可得 {x+1=5cos⁡αy+2=5sin⁡α\begin{cases}x+1=\sqrt{5}\cos \alpha\\ y+2=\sqrt{5}\sin \alpha\end{cases},
两式平方相加,消去参数 α\alpha 得:
(x+1)2+(y+2)2=5(x+1)^{2}+(y+2)^{2}=5,
整理得直角坐标方程为 x2+y2+2x+4y=0x^{2}+y^{2}+2x+4y=0.

2. 将 $C_1$ 的直角坐标方程转换为极坐标方程

将 x=ρcos⁡θx=\rho\cos\theta,y=ρsin⁡θy=\rho\sin\theta,x2+y2=ρ2x^2+y^2=\rho^2 代入 x2+y2+2x+4y=0x^{2}+y^{2}+2x+4y=0,
得 ρ2+2ρcos⁡θ+4ρsin⁡θ=0\rho^{2}+2\rho\cos\theta+4\rho\sin\theta=0,
即 ρ=−2cos⁡θ−4sin⁡θ\rho=-2\cos\theta-4\sin\theta.

3. 将 $C_2$ 的极坐标方程转换为直角坐标方程

由 C2C_{2} 的极坐标方程 ρsin⁡(θ+π4)=−22\rho\sin(\theta+\dfrac{\pi}{4})=-2\sqrt{2},
展开得 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},
代入 cos⁡π4=sin⁡π4=22\cos\dfrac{\pi}{4}=\sin\dfrac{\pi}{4}=\dfrac{\sqrt{2}}{2},
得 22ρsin⁡θ+22ρcos⁡θ=−22\dfrac{\sqrt{2}}{2}\rho\sin\theta+\dfrac{\sqrt{2}}{2}\rho\cos\theta=-2\sqrt{2},
整理得 ρcos⁡θ+ρsin⁡θ=−4\rho\cos\theta+\rho\sin\theta=-4,
代入 x=ρcos⁡θx=\rho\cos\theta,y=ρsin⁡θy=\rho\sin\theta,
得直角坐标方程为 x+y+4=0x+y+4=0.

答案

曲线 C1C_{1} 的极坐标方程为 ρ2+2ρcos⁡θ+4ρsin⁡θ=0\rho^{2}+2\rho\cos\theta+4\rho\sin\theta=0(或 ρ=−2cos⁡θ−4sin⁡θ\rho=-2\cos\theta-4\sin\theta),曲线 C2C_{2} 的直角坐标方程为 x+y+4=0x+y+4=0.

(Ⅱ)

1. 联立直线 $l$ 和曲线 $C_1$ 的极坐标方程求点 $A$ 的极径 $\rho_A$

将直线 ll 的极坐标方程 θ=5π4\theta=\dfrac{5\pi}{4} 代入 C1C_1 的极坐标方程 ρ=−2cos⁡θ−4sin⁡θ\rho=-2\cos\theta-4\sin\theta,
可得 ρA=−2cos⁡5π4−4sin⁡5π4\rho_A = -2\cos\dfrac{5\pi}{4} - 4\sin\dfrac{5\pi}{4},
因为 cos⁡5π4=−22\cos\dfrac{5\pi}{4} = -\dfrac{\sqrt{2}}{2},sin⁡5π4=−22\sin\dfrac{5\pi}{4} = -\dfrac{\sqrt{2}}{2},
所以 ρA=−2(−22)−4(−22)=2+22=32\rho_A = -2\left(-\dfrac{\sqrt{2}}{2}\right) - 4\left(-\dfrac{\sqrt{2}}{2}\right) = \sqrt{2} + 2\sqrt{2} = 3\sqrt{2}.

2. 联立直线 $l$ 和曲线 $C_2$ 的极坐标方程求点 $B$ 的极径 $\rho_B$

将直线 ll 的极坐标方程 θ=5π4\theta=\dfrac{5\pi}{4} 代入 C2C_2 的极坐标方程 ρsin⁡(θ+π4)=−22\rho\sin(\theta+\dfrac{\pi}{4})=-2\sqrt{2},
可得 ρBsin⁡(5π4+π4)=−22\rho_B\sin\left(\dfrac{5\pi}{4}+\dfrac{\pi}{4}\right) = -2\sqrt{2},
即 ρBsin⁡3π2=−22\rho_B\sin\dfrac{3\pi}{2} = -2\sqrt{2},
因为 sin⁡3π2=−1\sin\dfrac{3\pi}{2} = -1,
所以 −ρB=−22  ⟹  ρB=22-\rho_B = -2\sqrt{2} \implies \rho_B = 2\sqrt{2}.

3. 根据极径求线段 $AB$ 的长

由于点 AA 和点 BB 在相同的极角射线 θ=5π4\theta = \dfrac{5\pi}{4} 上,且极径分别为 ρA=32>0\rho_A = 3\sqrt{2} > 0,ρB=22>0\rho_B = 2\sqrt{2} > 0,
故线段 ABAB 的长为 ∣AB∣=∣ρA−ρB∣=32−22=2|AB| = |\rho_A - \rho_B| = 3\sqrt{2} - 2\sqrt{2} = \sqrt{2}.

答案

线段 ABAB 的长为 2\sqrt{2}.

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