2011-2018年新课标全国卷2理科数学试题分类汇编——13.坐标系与参数方程

2011年—2018年新课标全国卷Ⅱ理科数学试题分类汇编（逐题解析版）13．坐标系与参数方程（2018·22）在直角坐标系xOy 中，曲线C 的参数方程为2cos 4sin x y θθ=⎧⎨=⎩（θ为参数），直线l 的参数方程为1cos 2sin x l ay l a =+⎧⎨=+⎩（l 为参数）． （1）求C 和l 的直角坐标方程；（2）若曲线C 截直线l 所得线段的中点坐标为()12，，求l 的斜率．（2017·22）在直角坐标系xOy 中，以坐标原点为极点，x 轴的正半轴为极轴建立极坐标系，曲线1C 的极坐标方程为cos 4ρθ=．（1）M 为曲线1C 上的动点，点P 在线段OM 上，且满足||||16OM OP ⋅=,求点P 的轨迹2C 的直角坐标方程；（2）设点A 的极坐标为(2,)3π，点B 在曲线2C 上，求OAB ∆面积的最大值．（2016·23）在直角坐标系xOy 中，圆C 的方程为22(+6)+=25x y .（Ⅰ）以坐标原点为极点，x 轴的正半轴为极轴建立极坐标系，求C 的极坐标方程；（Ⅱ）直线l 的参数方程是cos sin x t y t αα=⎧⎨=⎩（t 为参数），l 与C 交于A ，B 两点，AB =l 的斜率.（2015·23）在直角坐标系xOy 中，曲线C 1：cos sin x t y t αα=⎧⎨=⎩（t 为参数，t ≠0）其中0απ≤<，在以O 为极点，x 轴正半轴为极轴的极坐标系中，曲线C 2:2sin ρθ=，C 3:ρθ=. （Ⅰ）求C 2与C 3交点的直角坐标；（Ⅱ）若C 1与C 2相交于点A ，C 1与C 3相交于点B ，求|AB |的最大值.（2014·23）在直角坐标系xoy 中，以坐标原点为极点，x 轴为极轴建立极坐标系，半圆C 的极坐标方程为2cos ρθ=，[0,]2πθ∈.（Ⅰ）求C 的参数方程；（Ⅱ）设点D 在C 上，C 在D 处的切线与直线:2l y =+垂直，根据（Ⅰ）中你得到的参数方程，确定D 的坐标.（2013·23）已知动点P ，Q 都在曲线2c o s,:2s i n x t C y t =⎧⎨=⎩（t 为参数）上，对应参数分别为t α=与2(02)t ααπ=<<，M 为PQ 的中点.（Ⅰ）求M 的轨迹的参数方程；（Ⅱ）将M 到坐标原点的距离d 表示为α的函数，并判断M 的轨迹是否过坐标原点.（2012·23）已知曲线C 1的参数方程是2cos 3sin x y ϕϕ=⎧⎨=⎩（ϕ为参数），以坐标原点为极点，x 轴的正半轴为极轴建立极坐标系，曲线C 2的极坐标方程是ρ = 2. 正方形ABCD 的顶点都在C 2上，且A ，B ，C ，D 依逆时针次序排列，点A 的极坐标为)3,2(π. （Ⅰ）点A ，B ，C ，D 的直角坐标；（Ⅱ）设P 为C 1上任意一点，求|P A |2 + |PB |2 + |PC |2 + |PD |2的取值范围.（2011·23）在直角坐标系xOy 中，曲线C 1的参数方程为2cos 22sin x y αα=⎧⎨=+⎩（α为参数），M 是C 1上的动点，P 点满足2OP OM =uu u v uuu v，P 点的轨迹为曲线C 2.（Ⅰ）求C 2的方程；（Ⅱ）在以O 为极点，x 轴的正半轴为极轴的极坐标系中，射线3πθ=与C 1的异于极点的交点为A ，与C 2的异于极点的交点为B ，求|AB |.2011年—2018年新课标全国卷Ⅱ理科数学试题分类汇编13．坐标系与参数方程（逐题解析版）（2018·新课标Ⅱ，22）在直角坐标系xOy 中，曲线C 的参数方程为2cos 4sin x y θθ=⎧⎨=⎩（θ为参数），直线l 的参数方程为1cos 2sin x l ay l a =+⎧⎨=+⎩（l 为参数）．（1）求C 和l 的直角坐标方程；（2）若曲线C 截直线l 所得线段的中点坐标为()12，，求l 的斜率． 【基本解法】解法一：因为 曲线C 的参数方程为2cos 4sin x y θθ=⎧⎨=⎩（θ为参数）所以曲线C 直角坐标方程为221416x y +=因为直线l 的参数方程为1cos 2sin x l ay l a =+⎧⎨=+⎩（l 为参数）．所以 ① 当,2k k Z παπ≠+∈时，直线l 的直角坐标方程为tan 2tan y x αα=+- ② 当,2k k Z παπ=+∈时，直线l 的直角坐标方程为1x =（2）解法一：点差法：设直线与椭圆的交点为A 、B ，坐标分别为()11,x y 、()22,x y ，中点P ． 则有2211222214161416x y x y ⎧+=⎪⎪⎨⎪+=⎪⎩作差可知：211AB OP k k e ⋅=-，12412116AB k ⋅==--，所以2AB k =-. 解法二：参数法：将直线l 的参数方程代入C 的直角坐标方程，整理得关于t 的方程()()2213cos 42cos sin 80t t ααα+++-=()12242cos sin 13cos t t ααα++=-+由题意可知：120t t += 2c o s s i n 0t a n ααα+=⇒=-解法三：直角坐标法：()()()2222214tan 2tan 2tan 2tan 160416tan 2tan x y x x y x αααααα⎧+=⎪⇒++-+--=⎨⎪=+-⎩所以()()1222tan 2tan 24tan x x ααα-+=-=+解得：tan 2α=-（2017·22）[选修4-4：坐标系与参数方程]（10分） 在直角坐标系xOy 中，以坐标原点为极点，x 轴的正半轴为极轴建立极坐标系，曲线1C 的极坐标方程为cos 4ρθ=．（1）M 为曲线1C 上的动点，点P 在线段OM 上，且满足||||16OM OP ⋅=,求点P 的轨迹2C 的直角坐标方程；（2）设点A 的极坐标为(2,)3π，点B 在曲线2C 上，求OAB ∆面积的最大值．（2017·22）解析：（1）解法一：设P 点在极坐标下坐标为(),ρθ 由16OM OP ⋅=可得M 点的坐标为16,θρ⎛⎫⎪⎝⎭，代入曲线1C 的极坐标方程，得： 16cos 4θρ=，即4c o s ρθ=，两边同乘以ρ，化成直角坐标方程为：224x y x +=，由题意知0ρ>，所以检验得224(0)x y x x +=≠．解法二：设P 点在直角坐标系下坐标为(),x y ，曲线1C 的直角坐标方程为4x =，因为,,O P M 三点共线，所以M 点的坐标为44,y x ⎛⎫ ⎪⎝⎭，代入条件16OM OP ⋅=16=，因为0x >，化简得：224(0)x y x x +=≠．（2）解法一：由（1）知曲线2C 的极坐标方程为4cos ρθ=，故可设B 点坐标为(4cos ,)θθ，2124cos sin()2sin cos 2sin 223OAB S πθθθθθθθ∆=⋅⋅⋅-=-=-2s i n (233πθ=--，由22ππθ-≤≤得2OAB S ∆≤2解法二：在直角坐标系中，A点坐标为(1，直线OA0y -=．设点B 点坐标(,)x y ，则点B 到直线OA的距离d =，所以122OABS d ∆=⋅⋅=B 坐标满足方程22(2)4x y -+=，由柯西不等式得：2222(2)(1)2)x y x y ⎤⎤⎡⎤-++-≥--⎣⎦⎦⎥⎦，即42)4x y -≤--≤，即44y -+-≤+由OAB S ∆=2OAB S ∆≤（2016·23）【选修4-4：坐标系与参数方程】在直角坐标系xOy 中，圆C 的方程为22(+6)+=25x y . （Ⅰ）以坐标原点为极点，x 轴的正半轴为极轴建立极坐标系，求C 的极坐标方程；（Ⅱ）直线l 的参数方程是cos sin x t y t αα=⎧⎨=⎩（t 为参数），l 与C 交于A ，B两点，AB =l 的斜率.（2016·23）解析：⑴整理圆的方程得2212110x y +++=，由222cos sin x y x y ρρθρθ⎧=+⎪=⎨⎪=⎩可知，圆C 的极坐标方程为212cos 110ρρθ++=．(2)记直线的斜率为k ，则直线的方程为0kx y -=，由垂径定理及点到直线距离公式知：=22369014k k =+，整理得253k =，则k = （2015·23）在直角坐标系xOy 中，曲线C 1：cos sin x t y t αα=⎧⎨=⎩（t 为参数，t ≠0）其中0απ≤<，在以O 为极点，x 轴正半轴为极轴的极坐标系中，曲线C 2:2sin ρθ=，C 3:ρθ=. （Ⅰ）求C 2与C 3交点的直角坐标；（Ⅱ）若C 1与C 2相交于点A ，C 1与C 3相交于点B ，求|AB |的最大值.（2015·23）解析：（Ⅰ）曲线2C 的直角坐标方程为2220x y y +-=，曲线3C的直角坐标方程为220x y +-=.联立2222200x y y x y ⎧+-=⎪⎨+-=⎪⎩，解得00x y =⎧⎨=⎩或32x y ⎧=⎪⎪⎨⎪=⎪⎩，所以2C 与3C 交点的直角坐标为(0,0)和3)2. （Ⅱ）曲线C 1的极坐标方程为(,0)R θαρρ=∈≠，其中0απ≤<，因此A 的极坐标为(2sin ,)αα，B的极坐标为,)αα，所以|||2sin |4|sin()|3AB πααα=-=-， 当56πα=时，||AB 取得最大值，最大值为4. （2014·23）在直角坐标系xoy 中，以坐标原点为极点，x 轴为极轴建立极坐标系，半圆C 的极坐标方程为2cos ρθ=，[0,]2πθ∈.（Ⅰ）求C 的参数方程；（Ⅱ）设点D 在C 上，C 在D处的切线与直线:2l y =+垂直，根据（Ⅰ）中你得到的参数方程，确定D 的坐标.（2014·23）解析：（Ⅰ）设点M (x , y )是曲线C 上任意一点，∵2cos ρθ=，∴222x y x +=， 即：22(1)1x y -+=，∴C 的参数方程为1cos sin x y ϕϕ=+⎧⎨=⎩(ϕ为参数，0ϕπ≤≤)．（Ⅱ）设点D (1+cos φ, sin φ)，∵C 在D 处的切线与直线l：2y =+垂直，∴直线CD 和l 的斜率相同，∴sin tan cos ϕϕϕ==0ϕπ≤≤，3πϕ∴=，∴sin 1cos 2ϕϕ⎧=⎪⎪⎨⎪=⎪⎩， ∴点D的坐标为3(2.（2013·23）已知动点P ，Q 都在曲线2c o s,:2s i n x t C y t =⎧⎨=⎩（t 为参数）上，对应参数分别为t α=与2(02)t ααπ=<<，M 为PQ 的中点.（Ⅰ）求M 的轨迹的参数方程；（Ⅱ）将M 到坐标原点的距离d 表示为α的函数，并判断M 的轨迹是否过坐标原点.（2013·23）解析：（Ⅰ）依题意有P (2cos α，2sin α)，Q (2cos 2α，2sin 2α)，因此M (cos α＋cos 2α，sin α＋sin 2α)．M 的轨迹的参数方程为cos cos 2sin sin 2x y αααα=+⎧⎨=+⎩(α为参数，0＜α＜2π)．（Ⅱ）M点到坐标原点的距离d =＜α＜2π)．当α＝π时，d ＝0， 故M 的轨迹过坐标原点．（2012·23）已知曲线C 1的参数方程是2cos 3sin x y ϕϕ=⎧⎨=⎩（ϕ为参数），以坐标原点为极点，x 轴的正半轴为极轴建立极坐标系，曲线C 2的极坐标方程是ρ = 2. 正方形ABCD 的顶点都在C 2上，且A ，B ，C ，D 依逆时针次序排列，点A 的极坐标为)3,2(π. （Ⅰ）点A ，B ，C ，D 的直角坐标；（Ⅱ）设P 为C 1上任意一点，求|P A |2 + |PB |2 + |PC |2 + |PD |2的取值范围.（2012·23）解析：（Ⅰ）依题意，点A ，B ，C ，D 的极坐标分别为5411(2,),(2,),(2,),(2,)3636ππππ. 所以点A ，B ，C ，D的直角坐标分别为(1、(、(1,-、1)-. （Ⅱ）设()2cos ,3sin P ϕϕ，则222222||||||||2c o s)P A P B P C P D ϕϕ+++=-+222222(2cos )(13sin )(12cos )(3sin )2cos )(13sin )ϕϕϕϕϕϕ++-+--+++-- []22216cos 36sin 163220sin 32,52ϕϕϕ=++=+∈.所以2222||||||||PD PC PB PA +++的取值范围为[]32,52.（2011·23）在直角坐标系xOy 中，曲线C 1的参数方程为2cos 22sin x y αα=⎧⎨=+⎩（α为参数），M 是C 1上的动点，P 点满足2OP OM =uu u v uuu v，P 点的轨迹为曲线C 2.（Ⅰ）求C 2的方程；（Ⅱ）在以O 为极点，x 轴的正半轴为极轴的极坐标系中，射线3πθ=与C 1的异于极点的交点为A ，与C 2的异于极点的交点为B ，求|AB |.（2011·23）解析：（I ）设P (x , y )，则由条件知(,)22x y M . 由于M 点在C 1上，所以2cos 222sin 2xy αα⎧=⎪⎪⎨⎪=+⎪⎩，即4cos 44sin x y αα=⎧⎨=+⎩，从而C 2的参数方程为4cos 44sin x y αα=⎧⎨=+⎩（α为参数）.（Ⅱ）曲线C 1的极坐标方程为4sin ρθ=，曲线C 2的极坐标方程为8sin ρθ=. 射线3πθ=与C 1的交点A 的极径为14sin 3πρ=，射线3πθ=与C 2的交点B 的极径为28sin 3πρ=.所以21||||AB ρρ-==。