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5.1 标准参数方程

椭圆的定义、标准方程与性质 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 用含参变量 $t$ 的方程组 $\begin{cases} x=x(t) \\ y=y(t) \end{cases}$ 表示曲线上点坐标的方法。

从哪来 基于 4.1 圆的标准方程 引入三角换元,结合 1.2 直线方程的五种形式 中的斜率定义,并服务于 8.1 最值问题 中代数式极值的求解。

为什么 普通方程 $F(x,y)=0$ 中 $x, y$ 相互制约,直接求最值或轨迹往往涉及复杂的代数变形或判别式法。引入参数 $t$ 后,将“二元关系”转化为“一元函数”问题,利用三角函数的有界性(如 $\sin^2 t + \cos^2 t = 1$)或一次函数的单调性,将几何约束转化为代数运算,从而降低求最值和轨迹方程的难度。

适合:逻辑严密、擅长代数推导的学生** 从直线斜率 $k$ 出发。设直线过定点 $P(x_0, y_0)$,倾斜角为 $\alpha$,则 $k = \tan \alpha$。 根据点斜式 $y - y_0 = k(x - x_0)$,变形得 $x = x_0 + \frac{1}{k}(y - y_0)$,这不够直观。 改用方向向量思想:直线上任意一点 $M(x,y)$ 与 $P$ 的连线长度为 $t$(有向距离),则 $\vec{PM} = (t \cos \alpha, t \sin \alpha)$。 故 $x = x_0 + t \cos \alpha, y = y_0 + t \sin \alpha$。 **核心逻辑
参数 $t$ 的几何意义是有向距离,这是解决弦长、中点问题的关键。
适合:几何直观强、记忆公式困难的学生** 从圆的参数方程 $\begin{cases} x = a + r \cos \theta \\ y = b + r \sin \theta \end{cases}$ 类比。 圆是特殊的椭圆,椭圆是特殊的圆。 对于直线,可以看作“半径无穷大”的圆,或者更简单地,看作由一个定点和一个方向确定的集合。 想象一个滑块在直线上滑动,$t$ 就是滑块离开起点的“里程表读数”。 $\cos \alpha$ 和 $\sin \alpha$ 只是把里程表读数 $t$ 分解到 $x$ 轴和 $y$ 轴上的“投影系数”。 **核心逻辑
强调 $t$ 是距离,$\cos \alpha, \sin \alpha$ 是方向余弦。
适合:应试导向、追求解题速度的学生** 直接给出“万能公式”并强调使用场景。 场景1:求直线与圆锥曲线交点弦长。 场景2:求过定点的直线被曲线截得的线段中点。 公式:$\begin{cases} x = x_0 + t \cos \alpha \\ y = y_0 + t_1 \sin \alpha \end{cases}$ (注意:此处应为 $y=y_0+t\sin\alpha$,原思考中笔误,实际应为标准形式)。 **关键技巧
代入圆锥曲线方程后,得到关于 $t$ 的一元二次方程 $At^2 + Bt + C = 0$。 利用韦达定理 $t_1 + t_2 = -B/A, t_1 t_2 = C/A$。 弦长 $|AB| = |t_1 - t_2| = \sqrt{(t_1+t_2)^2 - 4t_1t_2}$。 中点参数 $t_{mid} = \frac{t_1+t_2}{2}$。 核心逻辑:把几何问题完全转化为韦达定理的代数运算,避免解出具体坐标。
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练一道
基础题
已知直线 $l$ 过点 $P(1, 2)$,倾斜角为 $45^\circ$,求直线 $l$ 的参数方程,并求直线与 $x$ 轴交点的坐标。
变式
直线 $l$ 过点 $P(1, 1)$,倾斜角为 $45^\circ$,与圆 $C: x^2 + y^2 = 2$ 交于 $A, B$ 两点。求 $|PA| \cdot |PB|$ 及线段 $AB$ 的中点 $M$ 的坐标。
试试手自己判
检测题
直线 $l$ 过点 $P(2, 1)$,倾斜角为 $135^\circ$,与抛物线 $y^2 = 4x$ 交于 $A, B$ 两点。求 $|AB|$ 及 $AB$ 中点 $M$ 的坐标。
看答案和判分标准
答案:1. $\alpha = 135^\circ \Rightarrow \cos \alpha = -\frac{\sqrt{2}}{2}, \sin \alpha = \frac{\sqrt{2}}{2}$。 2. 参数方程:$\begin{cases} x = 2 - \frac{\sqrt{2}}{2}t \\ y = 1 + \frac{\sqrt{2}}{2}t \end{cases}$。 3. 代入 $y^2 = 4x$: $(1 + \frac{\sqrt{2}}{2}t)^2 = 4(2 - \frac{\sqrt{2}}{2}t)$ $1 + \sqrt{2}t + \frac{1}{2}t^2 = 8 - 2\sqrt{2}t$ $\frac{1}{2}t^2 + 3\sqrt{2}t - 7 = 0$ $t^2 + 6\sqrt{2}t - 14 = 0$ 4. 韦达定理:$t_1 + t_2 = -6\sqrt{2}, t_1 t_2 = -14$。 5. 弦长 $|AB| = |t_1 - t_2| = \sqrt{(t_1+t_2)^2 - 4t_1t_2} = \sqrt{(-6\sqrt{2})^2 - 4(-14)} = \sqrt{72 + 56} = \sqrt{128} = 8\sqrt{2}$。 6. 中点参数 $t_M = \frac{t_1+t_2}{2} = -3\sqrt{2}$。 7. 中点坐标: $x_M = 2 - \frac{\sqrt{2}}{2}(-3\sqrt{2}) = 2 + 3 = 5$。 $y_M = 1 + \frac{\sqrt{2}}{2}(-3\sqrt{2}) = 1 - 3 = -2$。 $M(5, -2)$。
判对标准:
参数方程系数正确($\cos 135^\circ$ 为负):2分
* 代入消元得到正确的一元二次方程:3分
* 正确应用韦达定理求弦长(未乘额外系数):2分
* 正确计算中点参数并代入求坐标:3分
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