第讲极坐标方程及其应用.ppt
1,第6讲-极坐标方程及其应用,2,学习目标,1理解极坐标的概念; 会正确进行点的极坐标与直角坐标的互化, 会进行曲线的极坐标方程与极坐标方程的互化; 2理解等速螺线的概念及其极坐标方程,3,重 点,难 点,极坐标的概念,等速螺线,4,极坐标最早是由瑞士数学家雅各·贝努利于1691年引入的,虽然牛顿在1671年曾使用过极坐标系,但他的文章直至1736年才发表。1729年德国数学家赫尔曼(Jacob Hermann)进一步完善了极坐标的概念,并导出了直角坐标与极坐标互换的公式。1748年欧拉给出了极坐标的现代形式。,5,以洞山中路为X轴 以田大路为Y轴.,请问:去技师 学院怎么走?,精神病!,6,从这向东 2000米。,请问:去技师 学院怎么走?,7,请分析上面这句话,他告诉了问路人什么?,从这向东走2000米!,出发点,方向,距离,在生活中人们经常用方向和距离来表示一点的位置。这种用方向和距离表示平面上一点的位置的思想,就是极坐标的基本思想。,8,1、极坐标系的建立:,在平面内取一个定点O,叫做极点。,引一条射线OX,叫做极轴。,再选定一个长度单位和角度单位及它的正方向(通常取逆时针方向)。,这样就建立了一个极坐标系。,O,9,2、极坐标系内一点的极坐标的规定,对于平面上任意一点M,用表示线段OM的长度,用表示从射线OX到OM 的角度,叫做点M的极径,叫做点M的极角,有序数对(,)就叫做M的极坐标。,特别强调:表示线段OM的长度,即点M到极点O的距离;表示从OX到OM的角度,即以OX(极轴)为始边,OM 为终边的角。,特别规定:当M在极点时,它的极坐标=0, 可以取任意值。,10,平面上一点的极坐标是否唯一? 若不唯一,那有多少种表示方法? 坐标不唯一是由谁引起的? 不同的极坐标是否可以写出统一表达式?,想一想?,11,3、极坐标系下点与它的极坐标的对应情况,1给定(,),就可以在极坐标平面内确定唯一的一点M。,2给定平面上一点M,但却有无数个极坐标与之对应。,原因在于:极角有无数个。,(,),它们有统一的表达式:(,2k+),如果限定0,02,那么除极点外,平面内的点和极坐标就可以一一对应了.,12,在直角坐标系中, 以原点作为极点,x轴的正半轴作为极轴, 并且两种坐标系中取相同的长度单位,设点M的直角坐标是(x, y),极坐标是(,),则极坐标与直角坐标的互化关系式:,x=cos, y=sin,4、极坐标和直角坐标的互化,13,互化公式的三个前提条件: 1. 极点与直角坐标系的原点重合; 2. 极轴与直角坐标系的x轴的正半轴重合; 3. 两种坐标系的单位长度相同.,x=cos, y=sin,14,定义:,设一个动点沿着一条射线作等速运动,同时这条射线又绕着它着的端点等角速旋转,这个动点的轨迹称为等速螺线(或阿基米德螺线),5、极坐标的应用,15,设O为射线 的端点,以O为极点, 的初始位置为极轴,建立极坐标系。,设动点 在射线 上的起始 位置为 ,并设动点P沿射线 作直线运动的速度为 ,射线 绕着点O作 旋转运动的角速度为 ,则由等到螺线的定义 和平面几何知识可得等速螺线的极坐标方程为:,下面我们来建立等速螺的极坐标方程.,16,特别地, 时,即动点P从极点O开始运动,等速螺线的极坐标方程为:,在机械传动中,经常需要把旋转运动转变为直线运动,凸轮是实现这种运动变换的重要部件,而常用凸轮的轮廓线就是等速螺线的一部分。,17,例3:一滑杆(设此滑杆足够长)一端固定,其上有一滑块,位于端点20mm处,它以5mm/s一速度向远离固定的一端,又此滑杆另一端以每秒逆时针方向旋转/6的角速度旋转,求此滑块的运动轨迹。,解:此滑块的运动轨迹为等速螺线,其轨迹为,18,例4:已知凸轮的基圆半径R=60mm,要求:当转角自0转到 时,推杆等速上升60mm;当转角自 旋转到 时,推杆等速下降60mm;当转角自 旋转到 时,推杆保持不动.求凸轮轮廓曲线的极坐标方程.,解 :凸轮轮廓曲线的极坐标方程,(1)当=0时,R=60,代入得,当= 时,R=120,代入得,(见教材P61),19,(2)当= 时,R=120,代入得,当= 时,R=60,代入得,(3)当 时,,20,小 结,你能总结一下本讲的主要内容吗?,21,所以所求的凸轮轮郭曲线方程为:,22,练 习,1将下列直角坐标转化为极坐标: (1)A(0,4) (2)B(1,-1),2将下列极坐标转化为直角坐标:,3将下列极坐标方程转化为极坐标方程,23,祝你学习进步!,祝你工作愉快!,