巧用直线的参数方程解题方法

巧用直线的参数方程解题摘要：我们都知道解析几何在高考数学中的重要性，解析几何常常让考生感到头痛，特别是关于直线与圆锥曲线的位置关系、求轨迹方程等类型的题目。这类型的题目所涉及的知识点多、覆盖面广、综合性比较强。从而考察考生的运算能力和综合解题能力，不少学生常常因缺乏解题策略而导致解答过程繁难、运算量大，甚至半途而废。而想要比较简单的解决此类问题运用直线的参数方程是较合适的方法，运用直线的参数方程去解决一些解析几何问题会比较简便。关键词:直线的参数方程；平面；空间；弦长。1、引言在解决的某一解析几何的问题时，运用直线的参数方程解题是非常合适的。运用的直线的参数方程解题它的优点在于能化繁为简、减少计算过程，而它的缺点就是它的局限性，不是所有的题目都适合运用直线的参数方程解决的。在平面几何里，一些关于焦点弦长、某点的坐标、轨迹方程、等式证明等问题的题目我们可以考虑运用直线的参数方程去解决。在空间几何里用直线的参数方程可以解决的问题有求柱面和锥面的方程、空间中的一些轨迹方程、对称点等相关问题。在平面中或是空间里的解析几何问题，我们都可以考虑运用直线的参数方程去解决，我们会举相关的例题，运用直线的参数方程去解题。2.1在平面中运用直线的参数方程解题直线的参数方程的标准式：过点000,pxy倾斜角为的直线l参数方程为sincos00tyytxx(t为参数,为直线的倾斜角)t的几何意义是：t表示有向线段pp0的数量，yxp,为直线上任意一点。2.1.1用直线的参数方程求弦长相关问题如果知道过某点的某一直线与一个圆锥曲线相交，要求求直线被截的弦长。我们把这一直线的参数方程代入圆锥曲线的方程里，然后韦达定理和参数t的几何意义得出弦长。例1过点2,1P有一条倾斜角为43的直线与圆922yx相交，求直线被圆截得的弦的长。分析:1、考虑点P在不在圆上；2、这个题目如果用一般方法解就要写出直线方程，然后代入圆方程，要想求出弦长过程比较复杂、计算量大；3、适合运用直线的参数方程进行求解。解：把点2,1P代入圆的方程，得952122所以点P不在圆上，在圆内可设直线与圆的交点分别为A、B两点由题意得直线的参数方程为tytx222221，（t为参数）代入圆的方程，得922122122tt整理后得0422tt①因为Δ=01841422设①的两根为21,tt，即对应交点A、B的参数值，由韦达定理得221tt；-421tt由t的几何意义，得弦长23442422122121ttttttAB评注:此类求弦长的问题，一般方法得求出直线与二次曲线的两个交点坐标，然后用两点间的距离公式求出弦长，这样计算量会比较大，而运用直线的参数方程参数方程去解，根据参数t的几何意义和韦达定理就能比较简捷的求出弦长。小结：我们在运用直线的参数方程解决求弦长问题时，发现在解决例1此类题型时有一定的规律，这个规律在解决此类问题时可以当公式来用，对解题速度很有帮助的。下面我对这个规律进行阐述：问题1求二次曲线0,yxF①截直线sincos00tyytxx（t是参数，为直线的倾斜角）②所得的弦的长。解：有①和②消去yx,整理后，若能得到一个关于参数t的二元一次方程：02cbtat③则当有Δ=042acb，截得的弦长为aacbl42（公式一）证明：设21,tt为③的两个实根，根据韦达定理有abtt21actt21④又设直线与二次曲线的两个交点为222111,,,yxpyxp，则sincos101101tyytxx，sincos202202tyytxx⑤根据两点的距离公式，由④，⑤得弦长22122121yyxxppl22212221sincostttt212214ttttacab42aacb42（证毕）上述公式适用于已知直线的倾斜角，那如果已知直线的斜率呢？问题2求二次曲线0,yxF①截直线btyyatxx00，（t是参数，直线的斜率为ab）②所得的弦的长。解：有①和②消去yx,整理后，若能得到一个关于参数t的二元一次方程：02CBtAt③则当有Δ=042ACB，截得的弦长为Abal22（公式二）利用上述公式我再举个例例2若抛物线xy42截直线dxy2所得的弦长是53，求d的值。解：由直线的方程dxy2，得直线的斜率k=ab=2，且直线恒过点0,2d∴该直线的参数方程为tytdx22，（t为参数）把参数方程代入抛物线方程，整理后得02442dtt因为t是实数，所以Δ=.0321624442dd由公式二，有53432162122d解得-4d评注：我们通过运用直线的参数方程得到了公式一和公式二，在解决关于弦长问题时运用公式一或者公式二解题就会更加方便。如果题目已知的是直线的倾斜角，就应该考虑用公式一；如果题目已知的是直线的斜率，就应该先考虑用公式二。2.1.2运用直线的参数方程解中点问题例3已知经过点0,2P，斜率为34的直线和抛物线xy22相交于A,B两点，若AB的中点为M，求点M坐标。解：设过点0,2P的倾斜角为，则34tan，则53cos，54sin可设直线的参数方程为tytx54532（t为参数）把参数方程代入抛物线方程xy22中，整理后得0501582tt设21,tt为方程的两个实根，即为A,B两点的对应参数，根据韦达定理81521tt由M为线段AB的中点，根据的几何意义可得1615221ttPM所以中点M所对应的参数为1615Mt,将此值代入直线的参数方程里，得M的坐标为4316155416411615532yx即43,1641M评注：在直线的参数方程中，当0t时，则MA的方向向上；当0t时，则MB的方向向下，所以AB中点M对应的参数t的值是221tt，这与求两点之间的中点坐标有点相似。2.1.3运用直线的参数方程求轨迹方程运用直线的参数方程，我们根据参数t的几何意义得出某些线段的数量关系，然后建立相关等式，最后可得出某动点的轨迹。例4过原点的一条直线，交圆1122yx于点Q,在直线OQ上取一点P,使P到直线2y的距离等于PQ,求当这条直线绕原点旋转时点P的轨迹。解：设该直线的方程为sincostytx0，t为参数，为直线的倾斜角把直线方程代入圆方程，得11sincos22tt即0sin22tt根据公式一，可得sin2sin4422aacbOQOQ，0可设p点坐标为yxp,，起对应的参数值为t，则有tOP，因为OQOPPQ,所以sin2tPQ易知，点p到直线2y的距离是2y，即2sint;由题意有sin2t=2sint等式两边同时平方，化简后得0cos422t解得42t或0cos当42t时，轨迹的一支为422yx；当0cos时，0sin，从而得另一支轨迹tytx0即0x；因此所求轨迹系是由圆422yx和直线0x组成。评注：遇到此类题目，考虑运用直线的参数方程先把弦长求出来，在根据题意建立相关等式，根据等式消元化简得出结果，本题的关键主要是建立等式sin2t=2sint。2.1.4运用直线的参数方程证明相关等式运用直线的参数方程，根据参数t的几何意义，我们可以得到一些线段的数量关系，对证明一些几何等式很有帮助。例5设过点0,pA的直线交抛物线pxy22于B、C,求证：2211ACAB21p证明：设过点0,pA的直线的参数方程为sincostytpx（t为参数，为直线的倾斜角）因为直线与抛物线交B、C两点，故0。把直线参数方程代入抛物线方程，整理后得02cos2sin222patpat设21,tt为两根，即点B、C的对应参数值，根据韦达定理得221sincos2ptt;2221sin2ptt根据参数t的几何意义有AB=1t，AC=2t，所以2211ACAB221212212221211tttttttt222222221sin2sin4sincos2pppp评注：在证明一些相关等式问题时，引用直线的参数方程辅助证明，会让证明思路更加清晰易懂，在证明过程中根据参数t的几何意义，用参数t去替换其它变量，把所要证的等式化繁为简。2.2在空间中用直线的参数方程解题在空间中过点000,,zyxM，方向向量为ZYXv,,的直线l的坐标式参数方程为ZtzzYtyyXtxx000，（t为参数）直线l标准方程为：tZzzYyyXxx000。2.2.1用空间直线的参数方程求柱面和锥面方程已知柱面、锥面的准线方程，可以根据母线的参数方程或者标准方程很方便的求出柱面或者锥面方程。例6若柱面的母线的方向向量01,1v，准线方程是021222zyxzyx，求柱面方程。解：设1111,,zyxP为准线上任意一点，过点1P的母线的参数方程为tzzyytxx111，（t为参数）即tzzyytxx111代入准线方程得021222tzytxtzytx消去参数t，可得到所求柱面方程122222zyxyzyx评注：此题假设准线上任意一点，然后过此点写出对应的参数方程，通过参数t的引入便可变形代入相关方程，最终消去参数t得到所求柱面方程。例7已知锥面顶点为2,1,3，准线为01222zyxzyx，求锥面的方程。解：设1111,,zyxP为准线上任意一点，连接点1P与顶点2,1,3的母线为221133111zzyyxx，将它们的比值记为t1，得221133111ztzytyxtx，（t为参数）代入111,,zyx所满足的方程01111212121zyxzyx，得022131221133222zyxtztytxt消去t，由上式的第二式得2132zyxt，代入第一式，化简整理后得锥面的一般方程为02122310136271533222zyzxyxzyx评注：此题的关键是母线方程的表示，然后引入参数t，得到一个参数方程。通过参数t代入化简得出所求的锥面方程。2.2.2用空间直线的参数方程求空间轨迹空间的点或者直线的轨迹的空间解析几何的一个重要课题，是重点也是难点，在求解过程中，通常非常复杂，但对于某些轨迹问题，运用直线的参数方程去解决会相对简单。例8一直线分别交坐标面yxzxzy0,0,0于三点A、B、C，当直线变动时，直线上的三定点A、B、C也分别在三个坐标面上变动，另外直线上有第四个点P，它与A、B、C三点的距离分别为a、b、c。当直线按照这样的规定（即保持A、B、C分别在三坐标面上变动），试求P点的轨迹。解：设点P的坐标为000,,zyxP，直线的方向余弦为cos,cos,cos。则直线的参数方程为coscoscos000tzztyytxx，（t为参数）令0x，即的与zy0面的交点A，根据t的几何意义，at，则cos0ax。同理可得，cos0by，cos0cz。由以上三式可得1coscoscos222220220220