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浅谈用参数方程求一类问题的通法

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参数方程在解析几何中是一个难点,在解析几何中,由于点(x,y)有两个变量,而参数方程中只有一个变量,且根据参数方程中参数的几何意义,则对于求某类题(如最值)有时会比较简单。

在高二解析几何中,“已知圆到已知直线距离最小的点的坐标”问题是常见问题,常用的解法有法,数形结合法,参数方程求解法等。在教学中我们常用前两种方法,而参数法学生有时并不熟悉。下面浅谈参数方程求解上述问题:

例1:在圆O:x2+y2=4上求出与直线L:4x+3y-12=0距离最小的点的坐标。

分析:这道题曾经在普陀区3+1考试中出现过,利用参数方程来解此题时学生很容易从点到直线的距离公式入手,

通过辅助角公式,求得距离的最小值,但此时求出点的坐标还是有点复杂的。下面的解题方法也利用圆的参数方程进行,但从直线的位置关系出发来求解。

解:设所求点坐标为p(2cosθ,2sinθ),α为直线的倾斜角

由θ=- +α,kcp・kl=-1,

由图形可知

不难发现,我们在用其他方法时计算量比参数方程的方法繁杂,且结果有多解时,我们必须选择距离最小的那个,而用上述方法避开了繁杂取舍的问题。下面例2圆心不在原点上,上述方法仍可使用吗?

例2:已知圆C:(x+1)2+(y+2)2=4,直线l:4x+3y-12=0,求圆上一点P,使之到直线l的距离最小。

解:设最小点坐标为p(-1+2cosθ,-2+2sinθ),

圆心为C,α为直线的倾斜角

由θ=- +α,kcp・kl=-1,

求得tanθ=

由图形可知

求得

我们可以看到上述方法仍然适用,而且解题直接简单。那么上面两道例题直线CP与已知直线l的位置关系恰好求得参数θ的正切值是直线l斜率k1的负倒数。那么是不是任何一种位置都会有这样的情况,如果已知直线斜率k1都存在,假设已知直线倾斜角为α(tanα=k1),p为(a+rcosθ,b+rsinθ),根据直线CP,参数θ的几何意义、已知直线的位置关系,计算可以得到:

例如下图直线CP和L得关系:

(1)(2)中由θ= +α,可求得kcp・kl=-1,当然还有其它的位置关系都可以得到直线斜率不为0且存在的情况下都有kcp・kl=-1,在这里我不在详述。

除了上面情况,直线l斜率还有两个比较特殊的情况:

(1)直线斜率kl不存在,则kcp=0,根据题目画出图形cosθ=1(cosθ=-1),sinθ=0代入计算。

(2)直线斜率kl=0,则kcp不存在,根据题目画出图形cosθ=0,sinθ=1(sinθ=-1)带入计算。

当然这两种情况由于直线的斜率值的特殊性,我们用其他方法也是很简便的。

通过上述例子可以得出求解这一类问题时的一个通法

在已知圆C:(x+a)2+(y+b)2=r2上求与直线Ax+By+C=0(其中

,且A,B都不为0)距离最小的点。

解:设最小点坐标为p(a+rcosθ,b+rsinθ)

由θ和α的关系,求得

根据图形求出cosθ,sinθ,代入计算求得p点坐标。

(斜率不存在时上面已讨论过)

由于圆的特殊性,用参数方程解此类问题有通法,而椭圆和抛物线就不太适用,对于参数方程的应用还有很多让我们去探究的地方,在这里希望能起到抛砖引玉的作用。