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极坐标下的二次曲线方程

椭圆、抛物线、双曲线的极坐标方程是比较复杂的。下面,我们先通过Mathematica求出图形对应的极坐标方程,再绘制图像。
工具/原料
1

电脑

2

Mathematica

方法/步骤
2

绘图:PolarPlot[xxx[[2]]/.{a->5,b->3},{t,0,2 Pi}]

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椭圆(x-p)^2/a^2+(y-q)^2/b^2=1对应的极坐标方程,可以用Solve求出来:Solve[(ρ*Cos[t]-p)^2/a^2+(ρ*Sin[t]-q)^2/b^2==1,ρ]

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如果令p=1,q=0.5,a=5,b=3,对应的极坐标方程是:xxx[[2]]/.{p->1,q->1/2,a->5,b->3}

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对应的图像如下,注意看坐标轴的位置。

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双曲线x^2/5^2-y^2/3^2=1对应的极坐标方程是:ρ=15/sqrt(17*cos(2*t)-8)图像如下:

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(x-p)^2/a^2-(y-q)^2/b^2=1对应的极坐标方程,可以用Mathematica求出来:sol0=Solve[(ρ*Cos[t]-p)^2/a^2-(ρ*Sin[t]-q)^2/b^2==1,ρ]xxy=\[Rho]/.sol0//FullSimplifyxxy[[2]]xxy[[1]]

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当p=1,q=0.5,a=5,b=3时,双曲线对应的极坐标方程很复杂,但是图像却很简单,只不过出现了渐近线,不知道为什么。

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y=x^2-2*x+1的极坐标方程是:ρ=(Sec[t]*(4+Sec[t]*Sqrt[2-2*Cos[2*t]+8*Sin[2*t]]+Tan[2*t]))/2

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绘制图像:PolarPlot[xxz[[1]] ,{t,0,2 Pi},PlotRange->{{-5,6},{-0.01,25}}]

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看看(x+y+1)*(x-y+1)=0对应的图像:ContourPlot[(x+y+1) (x-y+1)==0 ,{x,-5,5},{y,-3.65,3.65}】这是两条直线。

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双直线(x+y+1)*(x-y+1)=0的极坐标方程可以求解:sol2=Solve[(x+y+1) (x-y+1)==0 /.{x->ρ Cos[t],y->ρ Sin[t]},ρ]结果,两条直线的极坐标方程竟然自动分离开来了,解方程解出来两个解,恰好分别是两条直线的极坐标方程。图像如下:PolarPlot[{ρ/.sol2[[1]],ρ/.sol2[[2]]},{t,0,2 Pi}]

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如果ρ/.sol2不经过Evaluate,图形就有点不知所谓:PolarPlot[ρ/.sol2,{t,0,2 Pi}]对比一下:PolarPlot[ρ/.sol2//Evaluate,{t,0,2 Pi}]

注意事项

大家能不能找出正方形的极坐标方程?这个问题,读者不妨思考一下。

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