16.已知曲线C的极坐标方程是r=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,直线l的参数方程为}x=1+(t)/(2),y=2+(sqrt(3))/(2)t(t为参数).(1)写出直线l与曲线C的直角坐标方程;(2)设曲线C经过伸缩变换}x^prime=3x,y^prime=y得到曲线C',设曲线C'上任一点为M(x,y),求(x)/(3)+sqrt(3)y的最小值.
题目解答
答案
(1) 直线 $l$ 的直角坐标方程:
由参数方程 $\begin{cases} x = 1 + \frac{t}{2}, \\ y = 2 + \frac{\sqrt{3}}{2}t \end{cases}$,消去 $t$ 得:
$y = \sqrt{3}x + 2 - \sqrt{3}$
或写为 $\sqrt{3}x - y + 2 - \sqrt{3} = 0$。
曲线 $C$ 的直角坐标方程:
由极坐标方程 $r = 1$,得:
$x^2 + y^2 = 1$
(2) 曲线 $C'$ 的方程:
伸缩变换后,$x' = 3x$,$y' = y$,代入 $x^2 + y^2 = 1$ 得:
$\frac{x'^2}{9} + y'^2 = 1 \quad \text{即} \quad \frac{x^2}{9} + y^2 = 1$
求最小值:
设 $M(3\cos\theta, \sin\theta)$,则:
$\frac{x}{3} + \sqrt{3}y = \cos\theta + \sqrt{3}\sin\theta = 2\sin\left(\theta + \frac{\pi}{6}\right)$
最小值为 $-2$(当 $\sin\left(\theta + \frac{\pi}{6}\right) = -1$ 时)。
答案:
(1) 直线 $l$:$\sqrt{3}x - y + 2 - \sqrt{3} = 0$,曲线 $C$:$x^2 + y^2 = 1$;
(2) 最小值:$\boxed{-2}$。
解析
考查要点:
- 极坐标与直角坐标的转换:将极坐标方程转换为直角坐标方程,需利用基本公式$x = r\cos\theta$,$y = r\sin\theta$。
- 参数方程消参:通过消去参数$t$,将直线的参数方程转化为直角坐标方程。
- 伸缩变换与椭圆方程:通过坐标变换得到新曲线方程,并利用参数方程表示椭圆上的点。
- 三角函数最值:将表达式转化为单一三角函数形式,利用有界性求最小值。
解题核心思路:
- 第(1)题:直接应用极坐标与参数方程的转换方法。
- 第(2)题:通过伸缩变换得到椭圆方程,利用参数方程将目标表达式转化为三角函数形式,结合振幅求最值。
第(1)题
曲线C的直角坐标方程
极坐标方程$r=1$对应直角坐标系中的圆,方程为:
$x^2 + y^2 = 1$
直线l的直角坐标方程
参数方程:
$\begin{cases}x = 1 + \dfrac{t}{2} \\y = 2 + \dfrac{\sqrt{3}}{2}t\end{cases}$
消去参数$t$:
从$x$的表达式解出$t$:
$t = 2(x - 1)$
代入$y$的表达式:
$y = 2 + \dfrac{\sqrt{3}}{2} \cdot 2(x - 1) = \sqrt{3}(x - 1) + 2$
整理得:
$y = \sqrt{3}x + 2 - \sqrt{3}$
或写为标准形式:
$\sqrt{3}x - y + 2 - \sqrt{3} = 0$
第(2)题
曲线C'的方程
伸缩变换$\begin{cases}x' = 3x \\ y' = y\end{cases}$代入原曲线$C$的方程$x^2 + y^2 = 1$,得:
$\left(\dfrac{x'}{3}\right)^2 + (y')^2 = 1 \quad \Rightarrow \quad \dfrac{x^2}{9} + y^2 = 1$
求最小值
设椭圆$C'$上的点$M(x, y)$的参数方程为:
$x = 3\cos\theta, \quad y = \sin\theta$
代入目标表达式:
$\frac{x}{3} + \sqrt{3}y = \cos\theta + \sqrt{3}\sin\theta$
三角函数合成:
利用公式$a\sin\theta + b\cos\theta = \sqrt{a^2 + b^2}\sin(\theta + \phi)$,其中$\phi = \arctan\left(\dfrac{b}{a}\right)$,得:
$\cos\theta + \sqrt{3}\sin\theta = 2\sin\left(\theta + \dfrac{\pi}{6}\right)$
最小值:
当$\sin\left(\theta + \dfrac{\pi}{6}\right) = -1$时,最小值为$-2$。