在直角坐标系xOyxOy中,直线ll的参数方程为{y=−5+12tx=−32t(t \begin{cases} \overset{x=- \dfrac { \sqrt {3}}{2}t}{y=-5+ \dfrac {1}{2}t}\end{cases}(t为参数).).以原点为极点,xx轴正半轴为极轴建立极坐标系,已知曲线CC的极坐标方程为ρ=23cos⁡θρ=2 \sqrt {3}\cos θ. ((Ⅰ))把曲线CC的极坐标方程化为直角坐标方程,并说明它表示什么曲线; ((Ⅱ))若PP是直线ll上的一点,QQ是曲线CC上的一点,当∣PQ∣|PQ|取得最小值时,求PP的直角坐标.

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完整解法

(Ⅰ)

1. 将极坐标方程两边同乘以 $\rho$ 并利用转换公式化为直角坐标方程

由极坐标方程 ρ=23cos⁡θ\rho = 2\sqrt{3}\cos\theta,两边同乘以 ρ\rho 得:
ρ2=23ρcos⁡θ\rho^2 = 2\sqrt{3}\rho\cos\theta
将 x=ρcos⁡θx = \rho\cos\theta,x2+y2=ρ2x^2 + y^2 = \rho^2 代入上式,得曲线 CC 的直角坐标方程为:
x2+y2=23xx^2 + y^2 = 2\sqrt{3}x

2. 配方并说明曲线 $C$ 的几何性质

将方程变形配方得:
(x−3)2+y2=3(x - \sqrt{3})^2 + y^2 = 3
因此,曲线 CC 表示以 (3,0)(\sqrt{3}, 0) 为圆心,3\sqrt{3} 为半径的圆。

答案

曲线 CC 的直角坐标方程为 (x−3)2+y2=3(x - \sqrt{3})^2 + y^2 = 3,它表示以 (3,0)(\sqrt{3}, 0) 为圆心,3\sqrt{3} 为半径的圆。

(Ⅱ)

1. 设出直线 $l$ 上点 $P$ 的参数坐标,并写出点 $P$ 到圆心 $C_0(\sqrt{3}, 0)$ 距离平方的关于 $t$ 的表达式

设直线 ll 上的点 PP 的坐标为 (−32t,−5+12t)\left(-\dfrac{\sqrt{3}}{2}t, -5 + \dfrac{1}{2}t\right),圆 CC 的圆心为 C0(3,0)C_0(\sqrt{3}, 0)。
则点 PP 到圆心 C0C_0 的距离平方为:
∣PC0∣2=(−32t−3)2+(−5+12t−0)2|PC_0|^2 = \left(-\dfrac{\sqrt{3}}{2}t - \sqrt{3}\right)^2 + \left(-5 + \dfrac{1}{2}t - 0\right)^2

2. 展开化简二次式并配方求出取最小值时参数 $t$ 的值

展开并化简上式:
∣PC0∣2=34(t+2)2+(12t−5)2|PC_0|^2 = \dfrac{3}{4}(t + 2)^2 + \left(\dfrac{1}{2}t - 5\right)^2
=34(t2+4t+4)+(14t2−5t+25)= \dfrac{3}{4}(t^2 + 4t + 4) + \left(\dfrac{1}{4}t^2 - 5t + 25\right)
=t2−2t+28=(t−1)2+27= t^2 - 2t + 28 = (t - 1)^2 + 27
当 t=1t = 1 时,∣PC0∣2|PC_0|^2 取得最小值 2727,此时 ∣PC0∣|PC_0| 取得最小值 333\sqrt{3}。
因为圆 CC 的半径为 r=3<33r = \sqrt{3} < 3\sqrt{3},直线 ll 与圆 CC 相离,所以当 ∣PC0∣|PC_0| 最小(即点 PP 到圆心距离最近)时,∣PQ∣=∣PC0∣−r|PQ| = |PC_0| - r 也取得最小值。

3. 代入 $t=1$ 求出点 $P$ 的直角坐标

将 t=1t = 1 代入点 PP 的坐标中:
x=−32(1)=−32x = -\dfrac{\sqrt{3}}{2}(1) = -\dfrac{\sqrt{3}}{2}
y=−5+12(1)=−92y = -5 + \dfrac{1}{2}(1) = -\dfrac{9}{2}
故当 ∣PQ∣|PQ| 取得最小值时,点 PP 的直角坐标为 (−32,−92)\left(-\dfrac{\sqrt{3}}{2}, -\dfrac{9}{2}\right)。

答案

当 ∣PQ∣|PQ| 取得最小值时,点 PP 的直角坐标为 (−32,−92)\left(-\dfrac{\sqrt{3}}{2}, -\dfrac{9}{2}\right)。

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