参数方程消参法

前言

消参的常用方法有:代入消参法,加减消参法,乘除消参法,平方消参法[或变形后平方消参],组合消参法等。

方法例说

  • 代入消参法

引例如,直线(left{egin{array}{l}{x=1+t①}\{y=2-t②}end{array} ight.(t为参数))

(t=x-1)代入②,得到(y=2-(x-1))

(x+y-3=0),代入消参完成。

  • 加减消参法

依上例,两式相加,得到(x+y-3=0),加减消参完成。

  • 乘除消参法

引例1如,(egin{cases}x=t cos heta①\y=t sin heta②end{cases}(t为参数))

针对要作分母的(cos heta)分类讨论如下:

(cos heta=0)时,直线为(x=0)

(cos heta eq 0)时,由(cfrac{②}{①}),两式相除得到(y=tan hetacdot x)

引例2如,(egin{cases}y=k(x-2)\y=cfrac{1}{k}(x+2)end{cases}(k为参数))

两式相乘,消去参数(k),得到(y^2=x^2-4(y eq 0))[1]

  • 平方消参法

引例如,圆的参数方法(left{egin{array}{l}{x=1+2cos heta①}\{y=2+2sin heta②}end{array} ight.( heta为参数))

先变形为(left{egin{array}{l}{x-1=2cos heta①}\{y-2=2sin heta②}end{array} ight.( heta为参数))

①②两式同时平方,再相加,得到

((x-1)^2+(y-2)^2=4),到此平方消参完成。

  • 组合法

引例如,曲线的参数方程为(left{egin{array}{l}{x=2s^2①}\{y=2sqrt{2}s②}end{array} ight.(s为参数))

  • 法1,使用代入消参法,由②得到(s=cfrac{y}{2sqrt{2}})

代入①整理得到,(y^2=4x)

  • 法2,平方法+除法消参法,由(cfrac{②^2}{①}),整理得到,(y^2=4x)

再如曲线的参数方程为(left{egin{array}{l}{x=t-cfrac{1}{t}①}\{y=t+cfrac{1}{t}②}end{array} ight.(t为参数))

分析:给①式平方得到,(x^2=t^2+cfrac{1}{t^2}-2③)

给②式平方得到,(y^2=t^2+cfrac{1}{t^2}+2④)

(④-③),得到(y^2-x^2=4),消参完成,

本题使用了平方消参法和加减消参法。

注意事项

  • 参数方程消参以后需要特别注意的是,消参前后的表达式要等价,这一点常常与我们学习的函数的值域有关。举例如下:

例1参数方程(left{egin{array}{l}{x=3t^2+2}\{y=t^2-1}end{array} ight.(0leq tleq 5))表示的曲线为______________.

分析:用带入法消掉参数(t),得到其普通方程为(x=3(y+1)+2),即(x-3y-5=0)。这是直线。

但是,参数(t)有范围,故(x)(y)都应该有范围。

比如,(x=3t^2+2in [2,77]),由于(y=cfrac{x-5}{3})是单调函数,故不需要再限制(y)的范围,

即表示的曲线为(x-3y-5=0(2leqslant xleqslant 77)),即为一条线段。

例2曲线(C)的极坐标方程为( ho^2cos2 heta=4( ho>0,cfrac{3pi}{4}< heta<cfrac{5pi}{4})),求其普通方程。

分析:由题目可知,( ho^2(cos^2 heta-sin^2 heta)=4)

(x^2-y^2=4),即(cfrac{x^2}{4}-cfrac{y^2}{4}=1),等轴双曲线,有左右两支;

但是题目要求(cfrac{3pi}{4}< heta<cfrac{5pi}{4}),则符合题目的只有双曲线的左支,

故其普通方程为(x^2-y^2=4(xleq -2))

说明:极坐标方程也存在等价问题。

例3曲线(C)的参数方程为(egin{cases}y=k(x-2)\y=cfrac{1}{k}(x+2)end{cases}(k为参数)),求其普通方程。

分析:两式相乘,消去参数(k),得到(y^2=x^2-4),即(x^2-y^2=4)

那么转化前后,是否等价,该考虑什么?其实只需要考虑其上的特殊点。

(x^2-y^2=4)是焦点在(x)轴的等轴双曲线,顶点是((pm2,0))

(y=0),则(x=2)(x=-2),这不可能。故(y eq 0)

故所求的普通方程为(x^2-y^2=4(y eq 0))

例题赏析

例4【源题见抛物线习题】已知参数方程为(left{egin{array}{l}{x=p(k^2+cfrac{1}{k^2})}\{y=p(k-cfrac{1}{k})}end{array} ight.),则其普通方程是什么。

分析:由于(k^2+cfrac{1}{k^2}=(k-cfrac{1}{k})^2-2),利用此公式消参,得到

(cfrac{x}{p}=(cfrac{y}{p})^2+2),即(y^2=px-2p^2)

即中点(P)的轨迹方程为(y^2=px-2p^2)

例6【源题见求轨迹方程】已知参数方程(left{egin{array}{l}{x=frac{3}{1+k^2}①}\{y=frac{3k}{1+k^2}②}end{array} ight.(|k|< frac{2sqrt{5}}{5})),消参求其普通方程;

(2)、求线段(AB)的中点(M)的轨迹(C)的方程。

分析【法1】:设直线(AB)的方程为(y=kx),点(A(x_1,y_1))(B(x_2,y_2))

与圆(C_1)联立,消(y)得到,((1+k^2)x^2-6x+5=0)

(Delta =(-6)^2-4 imes 5(1+k^2)>0),可得(k^2<cfrac{4}{5})

由韦达定理可得,(x_1+x_2=cfrac{6}{1+k^2})

则线段(AB)的中点(M)的轨迹(C)的参数方程为(left{egin{array}{l}{x=cfrac{3}{1+k^2}①}\{y=cfrac{3k}{1+k^2}②}end{array} ight.),其中(-cfrac{2sqrt{5}}{5}<k<cfrac{2sqrt{5}}{5})

如何消参数呢?两式相比,得到(y=kx),即(k=cfrac{y}{x})

代入①变形整理后得到,((x-cfrac{3}{2})^2+y^2=cfrac{9}{4})

又由于(k^2<cfrac{4}{5}),得到(cfrac{5}{3}<xleq 3)

故线段(AB)的中点(M)的轨迹(C)的方程为((x-cfrac{3}{2})^2+y^2=cfrac{9}{4}),其中(cfrac{5}{3}<xleq 3)

分析:两式相除,得到(y=tx),即(t=frac{y}{x}),代入①式,

得到(x(1+frac{y^2}{x^2})=3),两边乘以(x)得到(x^2(1+frac{y^2}{x^2})=3x)

(x^2+y^2=3x),((frac{5}{3}<xleqslant 3))

例6已知参数方程(left{egin{array}{l}{x=frac{1-t^2}{1+t^2}①}\{y=frac{4t}{1+t^2}②}end{array} ight.(t为参数)),消参求其普通方程;

分析:给①式平方得到,(x^2=cfrac{(1-t^2)^2}{(1+t^2)^2}=cfrac{t^4-2t^2+1}{t^4+2t^2+1}③)

给②式平方得到,(y^2=cfrac{(4t)^2}{(1+t^2)^2}=cfrac{16t^2}{t^4+2t^2+1}④)

为消掉参数,需要给④式两边同除以(4)得到,(cfrac{y^2}{4}=cfrac{4t^2}{t^4+2t^2+1}⑤)

③+⑤得到,(x^2+cfrac{y^2}{4}=cfrac{t^4+2t^2+1}{t^4+2t^2+1}=1).

故所求的普通方法为(x^2+cfrac{y^2}{4}=1).

解后反思:平方后,调整系数再相加,利用分式的和为常数,可以消掉参数;

例7已知参数方程:(left{egin{array}{l}{x=sin heta+cos heta①}\{y=sin heta-cos heta②}end{array} ight.)(( heta为参数)),求其普通方程。

法1:利用平方法+和差法,(①^2+②^2)得到,(x^2+y^2=2);即其普通方程为(x^2+y^2=2)

法2:利用(sin^2 heta+cos^2 heta=1)消参,由已知方程反解得到,

(sin heta=cfrac{x+y}{2})(cos heta=cfrac{x-y}{2})

两式平方得到,((cfrac{x+y}{2})^2+(cfrac{x-y}{2})^2=1)

整理得到,(x^2+y^2=2)

解后反思:消参的途径可能不唯一;

例8已知曲线(C)的参数方程:(left{egin{array}{l}{x=a+cfrac{1}{2a}①}\{y=a-cfrac{1}{2a}②}end{array} ight.)((a为参数)),求其普通方程。

分析:给①式的两边平方得到,(x^2=a^2+1+cfrac{1}{4a^2}③)

给②式的两边平方得到,(y^2=a^2-1+cfrac{1}{4a^2}④)

两式相减,③-④得到,(x^2-y^2=2)

难点题目

例9已知参数方程:(left{egin{array}{l}{x=(t+cfrac{1}{t})sin heta}\{y=(t-cfrac{1}{t})cos heta}end{array} ight.(t eq 0))

(1)若(t)为常数,( heta)为参数,判断方程表示什么曲线?

分析:观察参数( heta)所处的位置和方程结构特征,我们可以考虑平方消参法。

由于已知(left{egin{array}{l}{x=(t+cfrac{1}{t})sin heta①}\{y=(t-cfrac{1}{t})cos heta②}end{array} ight.),故分类讨论如下:

(1^{circ})、当(t eq pm1)时,由①得到(sin heta=cfrac{x}{t+frac{1}{t}}),由②得到(cos heta=cfrac{y}{t-frac{1}{t}})

平方相加得,(cfrac{x^2}{(t+frac{1}{t})^2}+cfrac{y^2}{(t-frac{1}{t})^2}=1)

其表示的是中心在原点, 长轴长为(2|t+cfrac{1}{t}|),短轴长为(2|t-cfrac{1}{t}|),焦点在(x)轴上的椭圆;

(2^{circ})、当(t= pm1)时,此时(y=0)(x=pm 2sin heta),则(xin [-2,2])

其表示的是以(A(-2,0))(B(2,0))为端点的线段;

综上可知,

(t eq pm1)时,原方程表示焦点在(x)轴的椭圆;

(t=pm 1)时,原方程表示以(A(-2,0))(B(2,0))为端点的线段;

(2)若( heta)为常数,(t)为参数,方程表示什么曲线?

分析:观察参数(t)所处的位置和方程结构特征,我们可以考虑平方消参法。

由于已知(left{egin{array}{l}{x=(t+cfrac{1}{t})sin heta①}\{y=(t-cfrac{1}{t})cos heta②}end{array} ight.),故分类讨论如下:

(1^{circ})、当( heta eq cfrac{kpi}{2}(kin Z))时,由①得到(cfrac{x}{sin heta}=t+cfrac{1}{t})

由②得到(cfrac{y}{cos heta}=t-cfrac{1}{t}),平方相减得到,

(cfrac{x^2}{sin^2 heta}-cfrac{y^2}{cos^2 heta}=4),即(cfrac{x^2}{4sin^2 heta}-cfrac{y^2}{4cos^2 heta}=1)

其表示的是中心在原点,实轴长为(4|sin heta|),虚轴长为(4|cos heta|),焦点在(x)轴上的双曲线;

(2^{circ})、当( heta=kpi(kin Z))时,(x=0),它表示(y)轴;

(3^{circ})、当( heta=kpi+cfrac{pi}{2}(kin Z))时,(y=0)(x=pm(t+cfrac{1}{t}))

(t>0)时,(x=t+cfrac{1}{t}ge 2),当(t<0)时,(x=-(t+cfrac{1}{t})leq 2)

(|x|ge 2),方程(y=0(|x|ge 2))表示(x)轴上以(A(-2,0))(B(2,0))为端点的向左、向右的两条射线;

综上可知,

( heta eq cfrac{kpi}{2}(kin Z)),方程表示焦点在(x)轴上的双曲线;

( heta=kpi(kin Z))时,(x=0),它表示(y)轴;

( heta=kpi+cfrac{pi}{2}(kin Z))时,方程表示(x)轴上以(A(-2,0))(B(2,0))为端点的向左、向右的两条射线;


  1. 由于(k eq 0),当(y=0)时,需要(x=2)(x=-2),这是不可能的,故(y eq 0)↩︎

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