高中数学第二讲参数方程四渐开线与摆线学案新人教a版选修4

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1、四　渐开线与摆线1．借助教具或计算机软件，观察圆在直线上滚动时圆上定点的轨迹(平摆线)、直线在圆上滚动时直线上定点的轨迹(渐开线)，了解平摆线和渐开线的生成过程，并能推导出它们的参数方程．2．通过阅读材料，了解其他摆线(变幅平摆线、变幅渐开线、外摆线、内摆线、环摆线)的生成过程；了解摆线在实际应用中的实例．1．渐开线的产生过程把一条没有弹性的细绳绕在一个圆盘上，在绳的外端系上一支铅笔，将绳子拉紧，保持绳子与圆相切，逐渐展开，那么铅笔画出的曲线就是圆的______，相应的定圆叫做________．2．摆线的概念及产生过程圆的摆线就是一个圆沿着一条定直线无滑动地滚动时圆周上一个定点的轨迹，圆的摆线

2、又叫______．渐开线的实质是直线在圆上滚动时直线上定点的轨迹．圆的摆线的实质是一个圆沿着一条定直线无滑动地滚动时圆周上一个定点的轨迹．【做一做1】关于渐开线和摆线的叙述，正确的是(　　)．A．只有圆才有渐开线B．渐开线和摆线的定义是一样的，只是绘图的方法不一样，所以才得到了不同的图形C．正方形也可以有渐开线D．对于同一个圆，如果建立的平面直角坐标系的位置不同，画出的渐开线形状就不同3．圆的渐开线和摆线的参数方程(1)圆的渐开线的参数方程：__________________.(2)摆线的参数方程：__________________.圆的渐开线和摆线的参数方程均不宜化为普通方程，普通方程既

3、烦琐又没有实际意义．【做一做2－1】半径为4的圆的渐开线的参数方程是__________．【做一做2－2】求摆线(0≤t≤2π)与直线y＝2的交点的直角坐标．答案：1．渐开线　渐开线的基圆2．旋轮线【做一做1】　C　不仅圆有渐开线，其他图形如椭圆、正方形也有渐开线；渐开线和摆线的实质是完全不一样的，因此得出的图形也不相同；对于同一个圆不论在什么地方建立平面直角坐标系，画出的图形的大小和形状都是一样的，只是方程的形式及图形在坐标系中的位置可能不同．3．(1)(φ为参数)(2)(φ为参数)【做一做2－1】　(φ为参数)【做一做2－2】　解：y＝2时，2＝2(1－cost)，∴cost＝0.∵0≤t

4、≤2π，∴t＝或π.∴x1＝2(－sin)＝π－2，x2＝2(π－sinπ)＝3π＋2.∴交点坐标为(π－2,2)，(3π＋2,2)．1．圆的渐开线和摆线的参数方程中，参数φ的几何意义剖析：根据渐开线的定义和求解参数方程的过程，可知其中的字母r是指基圆的半径，而参数φ是指绳子外端运动时绳子与基圆的切点B转过的角度，如图，其中的∠AOB即是角φ.显然点M由参数φ惟一确定．在我们解决有关问题时可以适当利用其几何意义，把点的坐标转化为与三角函数有关的问题，使求解过程更加简单．同样，根据圆的摆线的定义和建立参数方程的过程，可知其中的字母r是指定圆的半径，参数φ是指圆上定点相对于定直线与圆的切点所张开的

5、角度．参数的几何意义可以在解决问题中加以引用，简化运算过程．当然这个几何意义还不是很明显，直接使用还要注意其取值的具体情况．2．圆的渐开线和摆线的参数方程不宜化为普通方程剖析：用参数方程描述运动规律时，常常比用普通方程更为直接、简便．有些重要但较复杂的曲线(例如圆的渐开线)，建立它们的普通方程比较困难，甚至不可能，列出的方程既复杂又不易理解，从普通方程看不出曲线的坐标所满足条件的含义．如圆的渐开线普通方程，可以根据其参数方程(φ为参数)消去参数φ，得普通方程，但根据方程画出曲线十分费时．而利用参数方程把两个变量x，y间接地联系起来，常常比较容易，方程简单明确，且画图也不太困难．而对于参数方程，

6、我们可以根据参数的取值求出坐标的关系，相比之下比普通方程更为直观．所以，在研究圆的渐开线和圆的摆线时主要使用参数方程，而不去讨论其普通方程．题型一圆的渐开线的参数方程【例1】已知圆的直径为2，其渐开线的标准参数方程对应的曲线上两点A，B对应的参数分别是和，求A，B两点的距离．分析：先写出圆的渐开线的参数方程，再把A，B对应的参数代入参数方程可得对应的A，B两点的坐标，然后使用两点之间的距离公式可得A，B之间的距离．题型二圆的摆线的参数方程【例2】已知一个圆的摆线过一定点(2,0)，请写出该圆的半径最大时该摆线的参数方程以及对应的圆的渐开线的参数方程．分析：根据圆的摆线的参数方程(φ为参数)，只

7、需把点(2,0)代入参数方程求出r的表达式，根据表达式求出r的最大值，再确定对应的摆线和渐开线的参数方程即可．题型三易错辨析【例3】已知一个圆的摆线过一定点(1,0)，请写出该摆线的参数方程．错解：令r(1－cosφ)＝0可得cosφ＝1，所以φ＝0，代入可得x＝0.故此题无解．答案：【例1】　解：根据条件可知圆的半径是1，所以对应的渐开线参数方程是(φ为参数)，分别把φ＝和φ＝代入，可得A，B两