高中数学第1讲坐标系4柱坐标系与球坐标系简介学案新人教A版.docx

四柱坐标系与球坐标系简介1了解柱坐标系、球坐标系的意义，能用柱坐标系、球坐标系刻画简单问题中的点的位置(重点)2知道柱坐标、球坐标与空间直角坐标的互化关系与公式，并用于解题(难点、易错点)基础初探教材整理1柱坐标系阅读教材P16P17“思考”及以上部分，完成下列问题一般地，如图141，建立空间直角坐标系Oxyz.设P是空间任意一点它在Oxy平面上的射影为Q，用(，)(0,02)表示点Q在平面Oxy上的极坐标，这时点P的位置可用有序数组(，z)(zR)表示这样，我们建立了空间的点与有序数组(，z)之间的一种对应关系把建立上述对应关系的坐标系叫做柱坐标系，有序数组(，z)叫做点P的柱坐标，记作P(，z)，其中0,02，Z.图141已知点A的柱坐标为(1,0,1)，则点A的直角坐标为()A(1,1,0)B(1,0,1)C(0,1,1)D(1,1,1)【解析】xcos 1，ysin 0，z1，直角坐标为(1,0,1)，故选B.【答案】B教材整理2球坐标系阅读教材P17P18，完成下列问题一般地，如图142，建立空间直角坐标系Oxyz.设P是空间任意一点，连接OP，记|OP|r，OP与Oz轴正向所夹的角为.设P在Oxy平面上的射影为Q，Ox轴按逆时针方向旋转到OQ时所转过的最小正角为.这样点P的位置就可以用有序数组(r，)表示这样，空间的点与有序数组(r，)之间建立了一种对应关系把建立上述对应关系的坐标系叫做球坐标系(或空间极坐标系)，有序数组(r，)叫做点P的球坐标，记做P(r，)，其中r0,0，02.图142已知点A的球坐标为，则点A的直角坐标为()A(3,0,0)B(0,3,0)C(0,0,3)D(3,3,0)【解析】x3sin cos 0，y3sin sin 3，z3cos 0，直角坐标为(0,3,0)故选B.【答案】B质疑手记预习完成后，请将你的疑问记录，并与“小伙伴们”探讨交流：疑问1： 解惑： 疑问2： 解惑： 疑问3： 解惑： 点的柱坐标与直角坐标互化(1)设点M的直角坐标为(1,1,1)，求它的柱坐标系中的坐标；(2)设点N的柱坐标为(，)，求它的直角坐标【思路探究】(1)已知直角坐标系中的直角坐标化为柱坐标，利用公式求出，即可(2)已知柱坐标系中的柱坐标化为直角坐标，利用公式求出x，y，z即可【自主解答】(1)设M的柱坐标为(，z)，则由解之得，因此，点M的柱坐标为.(2)设N的直角坐标为(x，y，z)，则由得因此，点N的直角坐标为(，0，)1由直角坐标系中的直角坐标求柱坐标，可以先设出点M的柱坐标为(，z)，代入变换公式求；也可以利用2x2y2，求.利用tan ，求，在求的时候特别注意角所在的象限，从而确定的取值2点的柱坐标和直角坐标的竖坐标相同再练一题1根据下列点的柱坐标，分别求直角坐标：(1)；(2). 【导学号：91060009】【解】设点的直角坐标为(x，y，z)(1)因此所求点的直角坐标为(，1,3)(2)因此所求点的直角坐标为(1,1,2).将点的球坐标化为直角坐标已知点M的球坐标为，求它的直角坐标【思路探究】【自主解答】设点的直角坐标为(x，y，z)，则因此点M的直角坐标为(1,1，)1根据球坐标系的意义以及与空间直角坐标系的联系，首先要明确点的球坐标(r，)中角，的边与数轴Oz，Ox的关系，注意各自的限定范围，即0，02.2化点的球坐标(r，)为直角坐标(x，y，z)，需要运用公式转化为三角函数的求值与运算再练一题2若例2中“点M的球坐标改为M”，试求点M的直角坐标【解】设M的直角坐标为(x，y，z)，则因此M的直角坐标为.空间点的直角坐标化为球坐标已知长方体ABCDA1B1C1D1中，底面正方形ABCD的边长为1，棱AA1的长为，如图143所示，建立空间直角坐标系Axyz，Ax为极轴，求点C1的直角坐标和球坐标图143【思路探究】先确定C1的直角坐标，再根据空间直角坐标系与球坐标系的联系，计算球坐标【自主解答】点C1的直角坐标为(1,1，)设C1的球坐标为(r，)，其中r0,0，02，由xrsin cos ，yrsin sin ，zrcos ，得r2.由zrcos ，cos ，又tan 1，从而点C1的球坐标为.1由直角坐标化为球坐标时，我们可以设点M的球坐标为(r，)，再利用变换公式求出r，.2利用r2x2y2z2，tan ，cos ，特别注意由直角坐标求球坐标时，应首先看明白点所在的象限，准确取值，才能无误再练一题3若本例中条件不变，求点C的柱坐标和球坐标【解】易知C的直角坐标为(1,1,0)设点C的柱坐标为(，0)，球坐标为(r，)，其中0，02.(1)由于.又tan 1，因此点C的柱坐标为.(2)由于r.又cos 0，.又tan 1，故点C的球坐标为.构建体系柱、球坐标系1在空间直角坐标系中，点P的柱坐标为，P在xOy平面上的射影为Q，则Q点的坐标为()A(2,0,3)B.C.D(，0)【解析】由点的空间柱坐标的意义可知，选B.【答案】B2柱坐标P转换为直角坐标为()A(5,8,8)B(8,8，5)C(8，8,5)D(4,8，5)【解析】由公式得即P点的直角坐标为(8,8，5)【答案】B3已知一个点的球坐标为，则它的高低角为()A B.C. D.【解析】，它的高低角为.【答案】A4设点M的直角坐标为(1,1，)，则点M的柱坐标为_，球坐标为_. 【导学号：91060010】【解析】由坐标变换公式，可得，tan 1，(点(1,1)在平面xOy的第一象限)，r2.由rcos z，得cos ，.点M的柱坐标为，球坐标为.【答案】5已知点P的柱坐标为，点B的球坐标为，求这两个点的直角坐标【解】设点P的直角坐标为(x1，y1，z1)，则x1cos 1，y1sin 1，z5.设点B的直角坐标为(x2，y2，z2)，则x2sin cos ，y2sin sin ，z2cos .所以点P的直角坐标为(1,1,5)，点B的直角坐标为.我还有这些不足：(1) (2) 我的课下提升方案：(1) (2) 学业分层测评(四)(建议用时：45分钟)学业达标一、选择题1空间直角坐标系Oxyz中，下列柱坐标对应的点在平面yOz内的是()A.B.C. D.【解析】由P(，z)，当时，点P在平面yOz内【答案】A2设点M的直角坐标为(2,0,2)，则点M的柱坐标为()A(2,0,2)B(2，2)C(，0,2)D(，2)【解析】设点M的柱坐标为(，z)，2，tan 0，0，z2，点M的柱坐标为(2,0,2)【答案】A3在空间球坐标系中，方程r2表示()A.圆B半圆C球面D半球面【解析】设动点M的球坐标为(r，)，由于r2，0，02.动点M的轨迹是球心在点O，半径为2的上半球面【答案】D4已知点M的直角坐标为(0,0,1)，则点M的球坐标可以是()A(1,0,0)B(0,1,0)C(0,0,1)D(1，0)【解析】设M的球坐标为(r，)，则r1，0，又cos 1，0.故点M的球坐标为(1,0,0)【答案】A5在直角坐标系中，点P的坐标为，则其球坐标为() 【导学号：91060011】A. B.C. D.【解析】r，cos ，.tan ，又y0，x0，.球坐标为.【答案】B二、填空题6已知点M的球坐标为，则点M到Oz轴的距离为_【解析】设M的直角坐标为(x，y，z)，则由(r，)，知x4sincos2，y4sinsin2，z4cos2，点M的直角坐标为(2,2,2)故点M到OZ轴的距离2.【答案】27在柱坐标系中，点M的柱坐标为，则|OM|_.【解析】设点M的直角坐标为(x，y，z)由(，z)知xcos 2cos1，y2sin，因此|OM|3.【答案】38(2015广东高考)已知直线l的极坐标方程为2sin，点A的极坐标为A，则点A到直线l的距离为_【解析】由2sin，得2，yx1.由点A的极坐标为得点A的直角坐标为(2，2)，d.【答案】三、解答题9在柱坐标系中，求满足的动点M(，z)围成的几何体的体积【解】根据柱坐标系与点的柱坐标的意义可知，满足1,02，0z2的动点M(，z)的轨迹如图所示，是以直线Oz为轴，轴截面为正方形的圆柱，圆柱的底面半径r1，h2，VShr2h2.10经过若干个固定和流动的地面遥感观测站监测，并通过数据汇总，计算出一个航天器在某一时刻的位置，离地面2 384千米，地球半径为6 371千米，此时经度为80，纬度为75.试建立适当的坐标系，确定出此时航天器点P的坐标【解】在赤道平面上，选取地球球心为极点，以O为原点且与零子午线相交的射线Ox为极轴，建立球坐标系由已知航天器位于经度为80，可知80.由航天器位于纬度75，可知，907515，由航天器离地面2 384千米，地球半径为6 371千米，可知r2 3846 3718 755千米，所以点P的球坐标为.能力提升1空间点P的柱坐标为(，z)，关于点O(0,0,0)的对称的点的坐标为(0)()A(，z)B(，z)C(，z)D(，z)【解析】点P(，z)关于点O(0,0,0)的对称点为P(，z)【答案】C2点P的柱坐标为，则点P到原点的距离为_【解析】xcos 4cos2，ysin 4sin2，即点P的直角坐标为(2，2,3)，其到原点距离为5.【答案】53以地球中心为坐标原点，地球赤道平面为xOy坐标面，由原点指向北极点的连线方向为z轴