極坐標(biāo)與參數(shù)方程公式:x=ρcosθ,y=ρsinθ,tanθ=y/x,x2+y2=ρ2。
坐標(biāo)系與參數(shù)方程公式
x=ρcosθ,y=ρsinθ
tanθ=y/x,x2+y2=ρ2
有些曲線的方程在直角坐標(biāo)里面不太好處理,于是我們把它換在極坐標(biāo)中處理。
例如經(jīng)過(guò)上面式子的變換:
以原點(diǎn)為圓心的圓的方程:ρ=R
雙曲線,橢圓,拋物線的極坐標(biāo)統(tǒng)一形式:ρ=eP/(1-ecosθ),P為焦準(zhǔn)距,e為離心率。
常見(jiàn)參數(shù)方程
極坐標(biāo)方程
用極坐標(biāo)系描述的曲線方程稱作極坐標(biāo)方程,通常用來(lái)表示ρ為自變量θ的函數(shù)。
極坐標(biāo)方程經(jīng)常會(huì)表現(xiàn)出不同的對(duì)稱形式,如果ρ(?θ)=ρ(θ),則曲線關(guān)于極點(diǎn)(0°/180°)對(duì)稱,如果ρ(π-θ)=ρ(θ),則曲線關(guān)于極點(diǎn)(90°/270°)對(duì)稱,如果ρ(θ?α)=ρ(θ),則曲線相當(dāng)于從極點(diǎn)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)α°。
圓
在極坐標(biāo)系中,圓心在(r,φ)半徑為r的圓的方程為
ρ=2rcos(θ-φ)
另:圓心M(ρ",θ")半徑r的圓的極坐標(biāo)方程為:
(ρ")2+ρ2-2ρρ"cos(θ-θ")=r2
根據(jù)余弦定理可推得。
直線
經(jīng)過(guò)極點(diǎn)的射線由如下方程表示
θ=φ,
其中φ為射線的傾斜角度,若m為直角坐標(biāo)系的射線的斜率,則有φ=arctanm。任何不經(jīng)過(guò)極點(diǎn)的直線都會(huì)與某條射線垂直。這些在點(diǎn)(r′,φ)處的直線與射線θ=φ垂直,其方程為r′(θ)=r′sec(θ-φ)。
玫瑰線
極坐標(biāo)的玫瑰線是數(shù)學(xué)曲線中非常著名的曲線,看上去像花瓣,它只能用極坐標(biāo)方程來(lái)描述,方程如下:
r(θ)=acoskθ
或r(θ)=asinkθ,
如果k是整數(shù),當(dāng)k是奇數(shù)時(shí)那么曲線將會(huì)是k個(gè)花瓣,當(dāng)k是偶數(shù)時(shí)曲線將是2k個(gè)花瓣。如果k為非整數(shù),將產(chǎn)生圓盤(disc)狀圖形,且花瓣數(shù)也為非整數(shù)。注意:該方程不可能產(chǎn)生4的倍數(shù)加2(如2,6,10……)個(gè)花瓣。變量a代表玫瑰線花瓣的長(zhǎng)度。
阿基米德螺線
右圖為方程r(θ)=θf(wàn)or0<θ<6π的一條阿基米德螺線。
阿基米德螺線在極坐標(biāo)里使用以下方程表示:r(θ)=a+bθ,
改變參數(shù)a將改變螺線形狀,b控制螺線間距離,通常其為常量。阿基米德螺線有兩條螺線,一條θ>0,另一條θ<0。兩條螺線在極點(diǎn)處平滑地連接。把其中一條翻轉(zhuǎn)90°/270°得到其鏡像,就是另一條螺線。
圓錐曲線
圓錐曲線方程如下:r=ep/(1+ecosθ)
其中l(wèi)表示半徑,e表示離心率。如果e<1,曲線為橢圓,如果e=1,曲線為拋物線,如果e>1,則表示雙曲線。
或者r=ep/(1-ecosθ)
其中e表示離心率,p表示焦點(diǎn)到準(zhǔn)線的距離。
其他曲線
由于坐標(biāo)系統(tǒng)是基于圓環(huán)的,所以許多有關(guān)曲線的方程,極坐標(biāo)要比直角坐標(biāo)系(笛卡兒坐標(biāo)系)簡(jiǎn)單得多。比如雙紐線,心臟線。
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