在直角坐标系
xOy 中,以坐标原点
O 为极点,
x 轴正半轴为极轴建立极坐标系,曲线
C1 的极坐标方程为
ρ=2sinθ(
4π≤θ≤2π),曲线
C2:{x=2cosα,y=2sinα (
α 为参数,
2π<α<π).
(1) 写出
C1 的直角坐标方程;
(2) 若直线
y=x+m 与
C1,
C2 均无公共点,求
m 的取值范围.
\begin{solution}
\begin{enumerate}
\item 由极坐标与直角坐标的关系
x=ρcosθ,
y=ρsinθ,得
ρ2=2ρsinθ=2y,所以
x2+y2=2y,即
x2+(y−1)2=1. 由
4π≤θ≤2π,可知该曲线取第一象限内从
(1,1) 到
(0,2) 的圆弧,故还需满足
x∈[0,1],
y∈[1,2].
\item 直线
y=x+m 与曲线有公共点,当且仅当
m=y−x. 对
C1,令
x=2sinθcosθ,
y=2sin2θ,故
m=y−x=2sin2θ−2sinθcosθ=1−cos2θ−sin2θ,其中
θ∈[4π,2π]. 其导数为
m′(θ)=2sin2θ−2cos2θ>0,且
m(4π)=0,
m(2π)=2,所以
m 的取值范围为
[0,2].
对
C2,有
m=2sinα−2cosα=2(sinα−cosα),其中
α∈(2π,π). 因为
m′=2(sinα+cosα),所以
m 在
α=43π 处取得最大值
22;又当
α→2π+ 或
α→π− 时,
m→2,但
α 不取端点,故
m 的取值范围为
(2,22].
因此直线同时与
C1,
C2 无公共点时,
m 不属于
[0,2]∪(2,22]=[0,22],即
m∈(−∞,0)∪(22,+∞).
\end{enumerate}
\end{solution}