本题导读
本题考查圆的参数方程与普通方程转化。核心在于直线参数方程法、几何性质法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2018年全国卷III理)在平面直角坐标系 中, 的参数方程为 ( 为参数),过点 且倾斜角为 的直线 与 交于 两点.
(1) 求 的取值范围;
(2) 求 中点 的轨迹的参数方程.
🔍【思路分析】
破题导航
- 第一问:相交条件
- 圆 的普通方程为 ,圆心 ,半径 。
- 直线 过点 。若直线与圆相交,则圆心到直线的距离 。
- 注意讨论倾斜角 的特殊情况。
- 第二问:中点轨迹
- 设直线的参数方程:过 ,方向向量为 。 方程为 。
- 利用 的几何意义:将直线方程代入圆方程 ,得到关于 的一元二次方程。
- 设 对应的参数为 ,则中点 对应的参数 (利用韦达定理)。
- 将 代入直线参数方程,得到 关于 的表达式。
✅【答案】
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(1)
(2) ()
✍【详细解析】
Abstract
(1)解: 圆 的普通方程为 。 当 时,直线 经过圆心,必与圆交于两点,符合题意。 当 时,设直线斜率为 。 直线 的方程为 ,即 。 圆心 到直线 的距离 。 由 得 。 解得 或 。 结合倾斜角范围 :
- 若 ,则 ;
- 若 ,则 。 综上所述, 的取值范围是 。
(2)解: 直线 的参数方程为 ( 为参数)。 代入 得: 整理得:。 设 两点对应的参数分别为 ,中点 对应的参数为 。 由韦达定理得 , 则 。 将 代入直线 的参数方程中,得点 的坐标: 利用二倍角公式化简: 故点 的轨迹参数方程为: ( 为参数,)。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 参数方程的优越性:在处理“中点”或“距离”问题时,直线的标准参数方程(含 )可以将坐标问题转化为标量 的运算,极大地简化了过程。
- 几何意义的运用: 是解决此类轨迹问题的核心。
- 轨迹的完整性:求轨迹方程时,一定要注明参数的取值范围。本题中 的范围直接限制了 点在圆内运动的边界。
📖【试题探源与推广】
Tip
在 Obsidian 笔记中,可以积累这个结论:
- 几何特征:过圆外一点 的直线与圆相交,所得弦中点的轨迹是以 为直径的圆(位于已知圆内部的部分)。
- 本题验证:中点轨迹方程化为普通方程是 。这正是以 为圆心, 为半径的圆(即以 和 为直径端点的圆)。
🔗【关联脉络】
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