本题导读

本题是坐标系与参数方程选讲题。第一问考查极坐标方程向直角坐标方程的转化;第二问考查如何利用参数方程表达动点坐标,并通过构造距离函数的二次型求最值,从而确定动点位置。

📌【题干】

Question

(2015年陕西卷(理)) (选修 4—4:坐标系与参数方程) 在直角坐标系 中,直线 的参数方程为 ( 为参数).以原点为极点, 轴正半轴为极轴建立极坐标系, 的极坐标方程为 .

(I)写出 的直角坐标方程;

(II) 为直线 上一动点,当 到圆心 的距离最小时,求 的直角坐标.

🔍【思路分析】

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  1. (I)问思路:
    • 利用极坐标转化技巧:将 两边同乘 得到 。
    • 代入互化公式 和 即可得到直角坐标方程。
    1. (II)问思路:
    • 确定圆心坐标:将(I)求得的圆方程化为标准形式,读出圆心 。
    • 表达动点坐标:利用直线 的参数方程,设 。
    • 构造距离函数:利用两点间距离公式写出 关于参数 的二次函数。
    • 求最值:通过配方法求出当距离最小时对应的参数 ,进而求出 点坐标。

✅【答案】

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将 代入直线参数方程: 所以,点 的直角坐标为

✍【详细解析】

Abstract

(I)写出 的直角坐标方程

已知极坐标方程为 。 方程两边同乘以 ,得: 代入 ,,得: 移项并配方得: 这就是 的直角坐标方程。

(II)求 的直角坐标

由(I)可知,圆心 的坐标为 。 设直线 上的动点 的坐标为 。 利用两点间距离公式: 因为 ,所以当 时, 取得最小值 ,此时距离 最小。 将 代入直线参数方程: 所以,点 的直角坐标为 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 核心考点:极坐标与直角坐标互化公式;参数方程中参数的几何意义(本题中 恰好代表点到定点的距离,但计算时直接代数化更稳妥);二次函数求最值。
  • 核心方法:代数化几何问题。将距离最小问题转化为二次函数最值问题。
  • 避坑指南:
    1. 互化时不要漏掉 或符号。
    2. 参数方程中的 处理要细心,注意展开平方项时的项合并。

📖【试题探源与推广】

Tip

*结论推广: 极坐标方程 表示一个圆心在 轴上且过原点的圆。 *方法推广: 求解点到直线距离最短问题,除了代入参数方程求导/配方外,还可以利用“过圆心垂直于直线的垂线段”这一几何性质。

  • 相关知识点:点到直线的距离公式、直线的斜率与倾斜角。

🔗【关联脉络】

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