数学平面直角坐标系与极坐标系
《坐标系讲义》课件
每种坐标系都有其独特的表达方式。
平面直角坐标系
定义和性质
平面直角坐标系，又称笛卡尔坐 标系，以两个互相垂直的数轴作 为基准线，确定平面中每个点的 唯一位置，是最常用的坐标系。
建立方法
建立平面直角坐标系需要确定原 点、方向、刻度等元素。建立好 坐标系后，可以用数对的方式来 表示平面内每一个点。
点的表示方法
二维平面直角坐标系中，每个点 都可以表示为一个二元组(x,y)。
空间直角坐标系
定义和性质
空间直角坐标系是在平面直角坐标系的基础上 发展而来，由三个互相垂直的数轴组成。它可 以表示物体在三维空间中的位置。
点的表示方法
对于三维空间直角坐标系，每一个点都有唯一 的三元组(x,y,z)来表示。
建立方法
建立空间直角坐标系需要确定坐标轴方向和长 度（即三个互相垂直的基向量），确定左手法 则等。
点的表示方法
平面上的每个点都可以表示为(r, θ)，其中r表示 从原点到点的距离，θ表示原点到点线段与极轴 的夹角。
其他坐标系
1
柱坐标系的定和性质
柱坐标系也属于三维坐标系，是由一个垂直于平面直角坐标系的柱面和极坐标系 组成的。
2
球坐标系的定义和性质
球坐标系则是三维空间中的一种坐标系，在球面上描述点的位置。它是由一个球 面、一个半径、以及极坐标系组成的。
常见的坐标系变换方法
在许多科学领域，坐标系变换是常见的操作，包括 旋转、平移、缩放和变换等。通过这些变换，可以 将坐标系进行转换，从而实现不同坐标系之间的联 系和转换。
总结和展望
极坐标系的基本概念
极坐标系的基本概念
极坐标系是一种用极径和极角来描述平面直角坐标系中点的坐标系统。
当我们需要描述一个点在平面直角坐标系中的位置时，通常使用横纵
坐标(x,y)来表示，但在极坐标系中，则使用极径(r)和极角(theta)来表示。
极径(r)是表示点到原点的距离，极角(theta)是表示点与x轴正半
轴之间的夹角。
极坐标系的基本概念还包括：原点，正极轴，负极轴，极角，旋转角
度和极坐标方程等。
- 原点是平面直角坐标系中的原点，其坐标为(0,0)。
- 正极轴是与x轴正半轴重合的半条直线，其极角为0度。
而负极轴则是与x轴负半轴重合的半条直线，其极角为180度。
- 极角是指一个点与x轴正半轴之间的夹角。
在极坐标系中，极角范围是0度到360度。
- 旋转角度是指将极坐标系按照一定的角度进行旋转，这个角度称为旋转角度。
在不同的情况下，极坐标系的旋转角度可能不同。
- 极坐标方程是将一个点的坐标表示为(r,theta)的方程。
例如，一个圆形的极坐标方程为r=a，表示这个圆形的极径是a。
极坐标系具有很多特点和应用，例如，在物理学、工程学、计算机科
学等学科中，均经常使用极坐标系来描述和计算各种问题。
另外，极坐标系还可以用来描述平面中各种曲线和图形，例如心形线、螺旋线等。
总之，极坐标系是一种用极径和极角来描述平面直角坐标系中点的坐标系统，其基本概念包括原点、正负极轴、极角、旋转角度和极坐标方程等。
在各种学科中，极坐标系都有着广泛的应用。
平面直角坐标系
平面直角坐标系在数学中，平面直角坐标系是一种用于描述平面内点的坐标系统。
它由两条互相垂直的直线（通常是水平的x轴和垂直的y轴）形成，它们相交于一个点，称为原点。
本文将介绍平面直角坐标系的基本概念、坐标表示和使用方法。
一、基本概念平面直角坐标系由两个轴组成，通常称为x轴和y轴。
这两个轴的交点就是原点，用O表示。
x轴向右延伸正无穷远，用正数表示；x轴向左延伸负无穷远，用负数表示。
y轴向上延伸正无穷远，用正数表示；y轴向下延伸负无穷远，用负数表示。
二、坐标表示平面直角坐标系中，每个点都可以用一个有序数对(x,y)来表示，其中x表示点在x轴上的位置，y表示点在y轴上的位置。
x和y分别称为点的横坐标和纵坐标。
三、使用方法在平面直角坐标系中，可以进行一些简单的计算和几何分析。
1. 距离计算可以通过坐标计算两点之间的距离。
假设点A的坐标为(x1, y1)，点B的坐标为(x2, y2)，则点A和点B之间的距离d可以通过以下公式计算：d = sqrt((x2-x1)^2 + (y2-y1)^2)2. 点的位置关系可以比较两个点的坐标来判断它们的位置关系。
例如，如果点A的横坐标等于点B的横坐标并且点A的纵坐标小于点B的纵坐标，那么可以说点A在点B的上方。
3. 垂直和平行关系可以通过判断两个直线的斜率（或是特殊情况下的截距）来确定它们的关系。
如果两条直线的斜率相同，那么它们是平行的；如果两条直线的斜率的乘积为-1，那么它们是垂直的。
四、坐标系拓展除了普通的平面直角坐标系，还有其他类型的坐标系可以应用于不同的数学和物理问题。
例如，极坐标系以点到原点的距离和该点与正x 轴的角度来描述点的位置。
其他坐标系还包括球坐标系、柱坐标系等。
总结：平面直角坐标系是用于描述平面内点的坐标系统。
通过横坐标和纵坐标的数值，可以表示点在平面中的位置。
在平面直角坐标系中，可以进行距离计算、点的位置关系判断以及直线的垂直和平行关系确定。
此外，还存在其他类型的坐标系，用于解决不同的数学和物理问题。
[整理版]高中数学选修4—4（坐标系与参数方程）知识点总结
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坐标系与参数方程 知识点1．平面直角坐标系中的坐标伸缩变换设点P(x,y)是平面直角坐标系中的任意一点,在变换(0):(0)x xy yλλϕμμ'=>⎧⎨'=>⎩ 的作用下,点P(x,y)对应到点(,)P x y ''',称ϕ为平面直角坐标系中的坐标伸缩变换,简称伸缩变换.2.极坐标系的概念(1)极坐标系如图所示,在平面内取一个定点O ,叫做极点,自极点O 引一条射线Ox ,叫做极轴;再选定一个长度单位,一个角度单位(通常取弧度)及其正方向(通常取逆时针方向),这样就建立了一个极坐标系.注:极坐标系以角这一平面图形为几何背景,而平面直角坐标系以互相垂直的两条数轴为几何背景;平面直角坐标系内的点与坐标能建立一一对应的关系,而极坐标系则不可.但极坐标系和平面直角坐标系都是平面坐标系.(2)极坐标设M 是平面内一点,极点O 与点M 的距离|OM|叫做点M 的极径,记为ρ;以极轴Ox 为始边,射线OM 为终边的角xOM ∠叫做点M 的极角,记为θ.有序数对(,)ρθ叫做点M 的极坐标,记作(,)M ρθ.一般地,不作特殊说明时,我们认为0,ρ≥θ可取任意实数.特别地,当点M 在极点时,它的极坐标为(0, θ)(θ∈R).和直角坐标不同,平面内一个点的极坐标有无数种表示.如果规定0,02ρθπ>≤<,那么除极点外,平面内的点可用唯一的极坐标(,)ρθ表示;同时,极坐标(,)ρθ表示的点也是唯一确定的.3.极坐标和直角坐标的互化(1)互化背景:把直角坐标系的原点作为极点,x 轴的正半轴作为极轴,并在两种坐标系中取相同的长度单位,如图所示:(2)互化公式:设M 是坐标平面内任意一点,它的直角坐标是(,)x y ,极坐标是(,)ρθ(0ρ≥),于是极坐标与直角坐标的互化公式如表:在一般情况下,由tan θ确定角时,可根据点M 所在的象限最小正角.4.常见曲线的极坐标方程注:由于平面上点的极坐标的表示形式不唯一,即(,),(,2),(,),(,),ρθρπθρπθρπθ+-+--+都表示同一点的坐标,这与点的直角坐标的唯一性明显不同.所以对于曲线上的点的极坐标的多种表示形式,只要求至少有一个能满足极坐标方程即可.例如对于极坐标方程,ρθ=点(,)44M ππ可以表示为5(,2)(,2),444444ππππππππ+-或或(-)等多种形式,其中,只有(,)44ππ的极坐标满足方程ρθ=.二、参数方程1.参数方程的概念一般地,在平面直角坐标系中,如果曲线上任意一点的坐标,x y 都是某个变数t 的函数()()x f t y g t =⎧⎨=⎩①,并且对于t 的每一个允许值,由方程组①所确定的点(,)M x y 都在这条曲线上,那么方程①就叫做这条曲线的参数方程,联系变数,x y 的变数t 叫做参变数,简称参数,相对于参数方程而言,直接给出点的坐标间关系的方程叫做普通方程.2.参数方程和普通方程的互化(1)曲线的参数方程和普通方程是曲线方程的不同形式,一般地可以通过消去参数而从参数方程得到普通方程.(2)如果知道变数,x y 中的一个与参数t 的关系,例如()x f t =,把它代入普通方程,求出另一个变数与参数的关系()y g t =,那么()()x f t y g t =⎧⎨=⎩就是曲线的参数方程,在参数方程与普通方程的互化中,必须使,x y 的取值范围保持一致.注：普通方程化为参数方程，参数方程的形式不一定唯一。
极坐标系的概念
【作业表单3：单元学习目标与活动设计及检验提示单】单元学习主题极坐标系的概念单元学习目标1.认识极坐标，能在极坐标系中用极坐标刻画点的位置；2.体会极坐标系与平面直角坐标系的区别，能进行极坐标和直角坐标间的互化。
单元学习活动一、导入1.平面直角坐标系是最常用的一种坐标系，但不是唯一的一种坐标系。
有时用别的坐标系比较方便。
还有什么坐标系呢？我们先看下面的问题：（投影图片,让学生直观感受引进极坐标的必要性。
）2.在以上问题中，位置是用什么方法确定的？3.在生活中人们经常用方向和距离来表示一点的位置：如台风预报、地震预报、测量、航空、航海等。
这种用方向和距离表示平面上一点的位置的思想，就是极坐标的基本思想。
二、探究新知问题：类比建立平面直角坐标系的过程，怎样建立极坐标系？（学生思考，抽生回答，并补充，最后教师总结。
）1.极坐标系的概念(1)概念:在平面内取一个定点O，叫做极点；自极点O引一条射线Ox，叫做极轴；再选定一个长度单位，一个角度单位(通常用弧度)及其正方向(通常取逆时针方向)，这样就建立了一个极坐标系。
(2)点的极坐标的规定:如图：设M是平面内一点，极点O与点M的距离|OM|叫做点M的极径，记为 ；以极轴Ox为始边，射线OM为终边5海里（1）距离：5 海里（2）方向：东偏北30º.O x拯救船30º发现走私走私船在拯救船的什么位置呢？距离40 kmxO方向：4π敌机敌机在坦克的什么位置?。
极坐标系
极坐标系1．极坐标系的概念(1)极坐标系如图所示，在平面内取一个定点O ，叫做极点；自极点O 引一条射线Ox ，叫做极轴；再选定一个长度单位、一个角度单位(通常取弧度)及其正方向(通常取逆时针方向)，这样就建立了一个极坐标系．(2)极坐标①极径：设M 是平面内一点，极点O 与点M 的距离|OM |叫做点M 的极径，记为ρ.②极角：以极轴Ox 为始边，射线OM 为终边的角xOM 叫做点M 的极角，记为θ.③极坐标：有序数对(ρ，θ)叫做点M 的极坐标，记作M (ρ，θ)．3．极坐标与直角坐标的互化 设M 是平面内任意一点，它的直角坐标是(x ，y )，极坐标是(ρ，θ)，则它们之间的关系为：⎩⎨⎧ x ＝ρcos θ，y ＝ρsin θ；⎩⎨⎧ ρ2＝x 2＋y 2，tan θ＝y x x ≠0.例题训练：1．(教材习题改编)点P 的直角坐标为(1，－3)，则点P 的极坐标为________．2．在极坐标系中，圆ρ＝4表示 ．θ＝π3表示________． 3．圆ρ＝5cos θ－53sin θ的圆心的极坐标为________．4.在极坐标系中，求圆ρ＝8sin θ上的点到直线θ＝π3(ρ∈R)距离的最大值？1.(2015·全国卷Ⅱ)在直角坐标系xOy 中，曲线C 1：⎩⎨⎧ x ＝t cos α，y ＝t sin α(t 为参数，t ≠0)，其中0≤α＜π.在以O 为极点，x 轴正半轴为极轴的极坐标系中，曲线C 2：ρ＝2sin θ，C 3：ρ＝23cos θ.(1)求C 2与C 3交点的直角坐标；(2)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．2．在极坐标系中，曲线C 的方程为ρ2＝31＋2sin 2θ，点R ⎝⎛⎭⎪⎫22，π4. (1)以极点为原点，极轴为x 轴的正半轴，建立平面直角坐标系，把曲线C 的极坐标方程化为直角坐标方程，R 点的极坐标化为直角坐标；(2)设P 为曲线C 上一动点，以PR 为对角线的矩形PQRS 的一边垂直于极轴，求矩形PQRS 周长的最小值，及此时P 点的直角坐标．3.(2015·全国卷Ⅰ)在直角坐标系xOy 中，直线C 1：x ＝－2，圆C 2：(x －1)2＋(y －2)2＝1，以坐标原点为极点，x 轴的正半轴为极轴建立极坐标系．(1)求C 1，C 2的极坐标方程；(2)若直线C 3的极坐标方程为θ＝π4(ρ∈R)设C 2与C 3的交点为M ，N ，求△C 2MN 的面积．4. 在直角坐标系中，曲线C 的参数方程为⎩⎨⎧==ϕϕsin cos 2y x ，（ϕ为参数），一坐标原点为极点，x 轴非负半轴为极轴建立极坐标系。
极坐标系
极坐标系知识点：1．极坐标系：在平面内取一个定点O ，叫做极点；自极点O 引一条射线Ox ，叫做极轴；再选定一个长度单位、一个角度单位（通常取弧度）及其正方向（通常取逆时针方向），这样就建立了一个极坐标系．2．极坐标：设M 是平面内一点，OM 的长叫做点M 的极径，记为ρ；以极轴Ox 为始边，射线OM为终边的角xOM 叫做点M 的极角，记为θ，有序数对()ρθ，叫做点M 的极坐标． 在直角坐标系内平面点集与有序实数对的集合{ (x,y )|x 、y ∈R}一一对应，而在极坐标系内平面点集与有序实数对的集合{ (ρ,θ)|ρ、θ∈R}不是一一对应的，()()(),,2,2()k k k Z ρθρθπρθππ+-++∈、、表示同一个点.3．极坐标与直角坐标的互化：把直角坐标的原点作为极点，x 轴正半轴作为极轴，并在两种坐标系中取相同的长度单位．设M 是平面内任意一点，它的直角坐标为()x y ，，极坐标为()ρθ，， 有cos sin x y ρθρθ=⎧⎨=⎩，也有222tan (0)x y yx x ρθ⎧=+⎪⎨=≠⎪⎩，这就是极坐标与直角坐标的互化公式． 若0ρ<时，则0ρ->，我们规定点()M ρθ，与点()P ρθ-，关于极点对称．4.极坐标中的弦长公式：1122A(,),B(,)AB ρθρθ=设，三角形的面积公式12121sin()2AOB S ρρθθ∆=-.5.常用的极坐标方程： 直线方程：圆的方程：一、极坐标的概念知识精讲：（1）极坐标系：在平面内取一个定点O ，叫做极点；自极点O 引一条射线Ox ，叫做极轴；再选定一个长度单位、一个角度单位（通常取弧度）及其正方向（通常取逆时针方向），这样就建立了一个极坐标系． （2）极坐标：设M 是平面内一点，OM 的长叫做点M 的极径，记为ρ；以极轴Ox 为始边，射线OM为终边的角xOM 叫做点M 的极角，记为θ，有序数对()ρθ，叫做点M 的极坐标． 在直角坐标系内平面点集与有序实数对的集合{ (x,y )|x 、y ∈R}一一对应，而在极坐标系内平面点集与有序实数对的集合{ (ρ,θ)|ρ、θ∈R}不是一一对应的，()()(),,2,2()k k k Z ρθρθπρθππ+-++∈、、表示同一个点.1.__________________.(1),,(2),,(3)0,[0,2),ρθπ>∈（一星）下列判断正确的有在极坐标平面中给定一个点的极坐标则能确定该点的位置在极坐标平面中一个点的位置确定则其极坐标唯一确定若规定可使极坐标与平面内的点一一对应答案：（1）（3）2.(3,)(,)4M R πρθ∈写出点的所有极坐标规定答案：略4.2,3,32.A B O AOB ππ⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭（二星）已知两点的极坐标，，为极点，求两点间的距离及三角形的面积2.(5,),(5,),(),623.ABC A B C πππ∆-已知的三顶点的极坐标分别为判断三角形的形状并求出面积 备注：套距离公式就可以了.二、极坐标与直角坐标互化()2:2,0:1.1,3)2(32,5)1.(3πθπθπρπ≤≤<-≥--⎪⎭⎫⎝⎛若限定；变若限定变化成极坐标的直角坐标将点化为直角坐标；的极坐标将点M M答案：略3.（二星）在平面直角坐标系xOy 中，点P 的坐标为()1,1-，若取原点O 为极点，x 轴正半轴为极轴，建立极坐标系，则在下列选项中，不是点P 极坐标的是（ ）A ．3π,4⎫⎪⎭ B．5π,4⎫-⎪⎭ C．11π,4⎫⎪⎭ D．π,4⎫-⎪⎭备注：极坐标的多种表示方法5.（一星）将极坐标方程2cos ρθ=化成直角坐标方程为． 备注：圆的极坐标的应用6.（一星）圆的极坐标方程为sin 2cos ρθθ=+，将其化成直角坐标方程为，圆心的直角坐标为．27.4sin 5.2θρ=（三星）判断极坐标方程表示的曲线，求其准线极坐标方程 备注：抛物线方程互化、直线化极坐标221cos 4sin 54522cos 522252555()455cos .22x x y x x θθρρρρθρθ-=∴=-==+=+=-=-解：由，，即：平方整理：，表示抛物线准线方程：，即2.（二星）（2015广东理）已知直线的极坐标方程为，点的极坐标为，则点到直线的距离为 .解：依题已知直线：可化为：和，所以点与直线的距离为，故应填入．9.（二星）（2015江苏）已知圆C的极坐标方程为222sin()404πρρθ+--=，求圆C的半径.1.（二星）（2016北京）在极坐标系中，直线与圆交于A ，B 两点，则______. 解：转化成直角坐标做，答案为2.l 24sin(2=-）πθρA 74A π⎛⎫⎪⎝⎭A l l 2sin 4πρθ⎛⎫-= ⎪⎝⎭74A π⎛⎫ ⎪⎝⎭l 10x y -+=()2,2A -A l 2d ==cos sin 10ρθθ-=2cos ρθ=||AB =三、常用的直线与圆的极坐标4.（一星）已知圆的极坐标方程为2cos ρθ=，则圆心的直角坐标是 ；半径长为 ． 备注：圆的极坐标的应用7.cos sin .ρθρθ==求极坐标方程分别为和的两个圆的圆心距离10.（二星）（2012陕西）直线与圆相交的弦长为 . 备注：极坐标的简单应用解：是过点且垂直于极轴的直线，是以为圆心，1为半径的圆，则弦长=.4．（二星）（2013安徽理）在极坐标系中,圆=2cos ρθ的垂直于极轴的两条切线方程分别为（ ）A ．0()cos 2R θρρθ=∈=和B ．()cos 22R πθρρθ=∈=和C ．()cos 12R πθρρθ=∈=和D ．0()cos 1R θρρθ=∈=和备注：极坐标系的直接应用2cos 1ρθ=2cos ρθ=2cos 1ρθ=⎪⎭⎫⎝⎛0,212cos ρθ=()0,1321122=⎪⎭⎫⎝⎛-四、极坐标的应用(1)2cos (2)2cos()(3)2cos()66(4)sin 1(5)sin()1(6)sin() 1.66ππρθρθρθππρθρθρθ==-=+=-=+=9.（三星）画出以下图形：；备注：注意常用的旋转技巧答案：（1）略；（2）（1）的图形逆时针旋转6π；（3）（1）的图形顺时针旋转6π；（4）略；（5）（4）的图形逆时针旋转6π；（6）（4）的图形顺时针旋转6π.10.()sin().4πρθ+三星直线的极坐标方程为求极点到该直线的距离解：sin 2ρθ=绕极点顺时针旋转4π单位即可.答案：25.极坐标系中(3)6P π-，，若规定0,[,)ρθππ>∈-，（1）求点P 关于极点对称的点的极坐标；（2）求点P 关于极轴对称的点的极坐标；（3）过极点作垂直于极轴的直线l ，求点P 关于直线l 对称的点的极坐标. 答案：略.)(43sin 2cos 4.6对称的曲线方程关于极点、极轴、直线分别写出曲线R ∈=+=ρπθθθρ备注：代入转移法10.（二星）已知曲线1C ，2C 的极坐标方程分别为πcos 34cos 0,02ρθρθρθ⎛⎫==< ⎪⎝⎭，≥≤，则曲线1C 、2C 交点的极坐标为． 备注：极坐标的直接应用23.（三星）(2015全国1卷)在直角坐标系xOy 中.直线1C :2x ＝－，圆2C ：22(1)(2)1x y －＋－＝，以坐标原点为极点，x 轴的正半轴为极轴建立极坐标系.（1）求1C ，2C 的极坐标方程； （2）若直线3C 的极坐标方程为()4R πθρ=∈，设2C 与3C 的交点为M ，N ，求△C 2MN的面积.备注：极坐标的简单应用解：（1）因为cos x ρθ=，sin y ρθ=，所以1C 的极坐标方程为cos 2ρθ=-，2C 的极坐标方程为22cos 4sin 40ρρθρθ--+=。
《高中数学课件《解析几何》PPT》
直线与平面方程
平面方程
点法式、点向式和一般式等多种表示平面的方法， 并讲解其转换。
直线方程
点向式、两点式和截距式等表达直线的不同方法， 以及它们之间的关系。
距离公式
点到直线距离公式
推导过程及其应用，涉及到点、线段、向量等 各种基本概念的综合运用。
点到平面距离公式
公式的证明及其几何意义，以及与点法式和向 量的关系。
向量基本概念
1
向量的线性运算
2
向量加减法和数乘，推导过程及其应用，
讲解向量的几何意义。
3
向量的定义
介绍向量的基本概念和性质，以及与几 何图形的关系。
向量的数量积
定义、性质、模长、平行、垂直以及相 关公式的推导及其应用。
平面向量的向量积
直线与直线的交点
两直线的位置关系和求交点法，包括斜交和异面交 的情况。
空间几何体的基本概念
1 棱锥
定义、性质和分类讨论，包括三棱锥、四棱锥和五棱锥。
2 棱柱
定义、性质和分类讨论，包括三棱柱、四棱柱和五棱柱。
3 圆柱和圆锥
定义、性质和分类讨论，以及圆锥的侧面积、母线和母线扫描等的介 绍。
4 球体
定义、性质和分类讨论，以及球冠、球状锥和球状三角锥的计算。
解析几何
解析几何是数学中的一个重要分支，主要研究空间内点、直线、平面和几何 体等基本图形的性质，以及它们与坐标系和代数方程的关系。
坐标系概念
1 平面直角坐标系
2 空间直角坐标系
坐标系的定义、建立和性质； 向量变换和坐标变换。
三维坐标系的定义，向量的 坐标表示及其基本运算规律。
3 极坐标系和球坐标系