23.在直角坐标系 $x O y$ 中,曲线 $C_{1}$ 的参数方程为 $\left\{\begin{array}{l}x=\sqrt{3} \cos \alpha \\ y=\sin \alpha\end{array}\right.$( $\alpha$ 为参数),以坐标原点为极点,以 $x$ 轴的正半轴为极轴,建立极坐标系,曲线 $\mathrm{C}_{2}$ 的极坐标方程为 $\rho \sin \left(\theta+\frac{\pi}{4}\right)=2 \sqrt{2}$ .
(1)写出 $\mathrm{C}_{1}$ 的普通方程和 $\mathrm{C}_{2}$ 的直角坐标方程;
②设点 P 在 $\mathrm{C}_{1}$ 上,点 Q 在 $\mathrm{C}_{2}$ 上,求 $|P Q|$ 的最小值及此时 P 的直角坐标.
在直角坐标系 x O y 中,曲线 C_ 1 的参数方程为…——2016 高考数学第 23 题答案解析
2016_新课标 III 卷 (2016·理)
完整解析 · 逐步详解
【考点】Q4:简单曲线的极坐标方程; QH :参数方程化成普通方程.
【专题】34:方程思想;48:分析法;5D:圆锥曲线的定义、性质与方程;5S :坐标系和参数方程.
【分析】(1)运用两边平方和同角的平方关系,即可得到 $\mathrm{C}_{1}$ 的普通方程,运用 $x=\rho \cos \theta, y=\rho \sin \theta$ ,以及两角和的正弦公式,化简可得 $C_{2}$ 的直角坐标方程;
②由题意可得当直线 $x+y-4=0$ 的平行线与椭圆相切时,$|P Q|$ 取得最值.设与直线 $x+y-4=0$ 平行的直线方程为 $x+y+t=0$ ,代入椭圆方程,运用判别式为 0 ,求得 t ,再由平行线的距离公式,可得 $|\mathrm{PQ}|$ 的最小值,解方程可得 P 的直角坐标。
另外:设 $\mathrm{P}(\sqrt{3} \cos \alpha, \sin \alpha)$ ,由点到直线的距离公式,结合辅助角公式和正弦函数的值域,即可得到所求最小值和 P 的坐标.
【解答】解:(1)曲线 $C_{1}$ 的参数方程为 $\left\{\begin{array}{l}x=\sqrt{3} \cos \alpha \\ y=\sin \alpha\end{array}\right.$( $\alpha$ 为参数),
移项后两边平方可得 $\frac{x^{2}}{3}+y^{2}=\cos ^{2} \alpha+\sin ^{2} \alpha=1$ ,
即有椭圆 $\mathrm{C}_{1}: \frac{\mathrm{x}^{2}}{3}+\mathrm{y}^{2}=1$ ;
曲线 $C_{2}$ 的极坐标方程为 $\rho \sin \left(\theta+\frac{\pi}{4}\right)=2 \sqrt{2}$ ,
即有 $\rho\left(\frac{\sqrt{2}}{2} \sin \theta+\frac{\sqrt{2}}{2} \cos \theta\right)=2 \sqrt{2}$ ,
由 $x=\rho \cos \theta, y=\rho \sin \theta$ ,可得 $x+y-4=0$ ,
即有 $\mathrm{C}_{2}$ 的直角坐标方程为直线 $\mathrm{x}+\mathrm{y}-4=0$ ;
②由题意可得当直线 $x+y-4=0$ 的平行线与椭圆相切时,
$|P Q|$ 取得最值。
设与直线 $x+y-4=0$ 平行的直线方程为 $x+y+t=0$ ,
联立 $\left\{\begin{array}{l}x+y+t=0 \\ x^{2}+3 y^{2}=3\end{array}\right.$ 可得 $4 x^{2}+6 t x+3 t^{2}-3=0$ ,
由直线与椭圆相切,可得 $\Delta=36 t^{2}-16\left(3 t^{2}-3\right)=0$ ,
解得 $\mathrm{t}= \pm 2$ ,
显然 $\mathrm{t}=-2$ 时,$|\mathrm{PQ}|$ 取得最小值,
即有 $|P Q|=\frac{|-4-(-2)|}{\sqrt{1+1}}=\sqrt{2}$ ,
此时 $4 x^{2}-12 x+9=0$ ,解得 $x=\frac{3}{2}$ ,
即为 $\mathrm{P}\left(\frac{3}{2}, \frac{1}{2}\right)$ .
另解:设 $\mathrm{P}(\sqrt{3} \cos \alpha, \sin \alpha)$ ,
由 P 到直线的距离为 $\mathrm{d}=\frac{|\sqrt{3} \cos \alpha+\sin \alpha-4|}{\sqrt{2}}$
$=\frac{\left|2 \sin \left(\alpha+\frac{\pi}{3}\right)-4\right|}{\sqrt{2}}$,
当 $\sin \left(\alpha+\frac{\pi}{3}\right)=1$ 时,$|P Q|$ 的最小值为 $\sqrt{2}$ ,
此时可取 $\alpha=\frac{\pi}{6}$ ,即有 $\mathrm{P}\left(\frac{3}{2}, \frac{1}{2}\right)$ .
【点评】本题考查参数方程和普通方程的互化、极坐标和直角坐标的互化,同时考查直线与椭圆的位置关系,主要是相切,考查化简整理的运算能力,属于中档题.