平面直角坐标系

📘 平面直角坐标系·
·象限、坐标轴

🎯 学习目标

  • 理解平面直角坐标系的基本构成
  • 能正确判断点所在的象限或坐标轴
  • 掌握点的坐标表示方法并能在坐标系中描点

📚 核心概念

平面直角坐标系是由两条互相垂直、原点重合的数轴组成的图形工具。水平的数轴叫x轴(横轴),向右为正方向;竖直的数轴叫y轴(纵轴),向上为正方向。两轴交点称为原点,记作 O(0,0)O(0, 0)

平面上任意一点的位置可以用一对有序实数 (x,y)(x, y) 表示,叫做该点的坐标。其中 xx 是横坐标,表示点到 yy 轴的距离和方向;yy 是纵坐标,表示点到 xx 轴的距离和方向。

坐标轴把平面分成四个区域,叫做象限

  • 第一象限:x>0x > 0y>0y > 0
  • 第二象限:x<0x < 0y>0y > 0
  • 第三象限:x<0x < 0y<0y < 0
  • 第四象限:x>0x > 0y<0y < 0

注意:坐标轴上的点(即 x=0x=0y=0y=0 的点)不属于任何象限

📝 关键公式

  • 点的坐标表示:点 PP 的坐标写作 (x,y)(x, y)

    • 示例:点 A(3,2)A(3, -2) 表示横坐标为 3,纵坐标为 -2。
  • 原点坐标:原点 OO 的坐标是 (0,0)(0, 0)

    • 示例:所有坐标轴的交点就是 (0,0)(0, 0)
  • 坐标轴上点的特征

    • xx 轴上的点:(x,0)(x, 0)
    • yy 轴上的点:(0,y)(0, y)
    • 示例:点 (5,0)(5, 0)xx 轴上;点 (0,4)(0, -4)yy 轴上。

💡 经典例题

例题1:指出下列各点所在的象限或坐标轴:A(2,3)A(2, 3)B(1,4)B(-1, 4)C(3,2)C(-3, -2)D(0,5)D(0, 5)E(4,0)E(4, 0)

  1. A(2,3)A(2, 3)x=2>0x=2>0y=3>0y=3>0 → 第一象限。
  2. B(1,4)B(-1, 4)x=1<0x=-1<0y=4>0y=4>0 → 第二象限。
  3. C(3,2)C(-3, -2)x=3<0x=-3<0y=2<0y=-2<0 → 第三象限。
  4. D(0,5)D(0, 5)x=0x=0 → 在 yy 轴上(不属于任何象限)。
  5. E(4,0)E(4, 0)y=0y=0 → 在 xx 轴上(不属于任何象限)。

例题2:在平面直角坐标系中描出点 P(2,1)P(-2, 1) 和点 Q(0,3)Q(0, -3),并说明它们的位置。

  1. 描点 P(2,1)P(-2, 1)
    • 从原点向左移动 2 个单位(因为 x=2x = -2),
    • 再向上移动 1 个单位(因为 y=1y = 1),
    • 得到点 PP,位于第二象限。
  2. 描点 Q(0,3)Q(0, -3)
    • 横坐标为 0,说明在 yy 轴上,
    • 纵坐标为 -3,说明从原点向下移动 3 个单位,
    • 得到点 QQ,在 yy 轴负半轴上(不属于任何象限)。

⚠️ 易错点

  • 混淆横纵坐标顺序:误把 (y,x)(y, x) 当作点的坐标。应牢记“先横后纵”,即 (x,y)(x, y)
  • 误判坐标轴上的点属于某象限:如认为 (0,2)(0, 2) 在第一象限。记住:只要 x=0x=0y=0y=0,点就在坐标轴上,不属于任何象限
  • 符号错误:例如把点 (3,2)(-3, 2) 画到第四象限。应先看 xx 的正负确定左右,再看 yy 的正负确定上下。
  • 忽略原点特殊性:原点 (0,0)(0, 0) 同时在 xx 轴和 yy 轴上,但不属于任何象限。

💡 例题

1

求复数zz,使得

z1=z+3=zi.|z - 1| = |z + 3| = |z - i|.
  1. z=a+bi,z = a + bi,,其中aabb是实数。
  2. 代入得:
(a1)+bi=(a+3)+bi=a+(b1)i.|(a - 1) + bi| = |(a + 3) + bi| = |a + (b - 1)i|.
  1. 所以(a1)2+b2=(a+3)2+b2=a2+(b1)2.(a - 1)^2 + b^2 = (a + 3)^2 + b^2 = a^2 + (b - 1)^2.
  2. (a1)2+b2=(a+3)2+b2,(a - 1)^2 + b^2 = (a + 3)^2 + b^2,8a=8,8a = -8,,因此a=1.a = -1.
  3. 代入后方程变为:
4+b2=1+(b1)2.4 + b^2 = 1 + (b - 1)^2.
  1. 解得:b=1.b = -1.
  2. 所以,z=1i.z = \boxed{-1 - i}.
2

一个椭圆的两个焦点在(9,20)(9, 20)(49,55)(49, 55),位于xyxy平面上,且该椭圆与xx轴相切。它的长轴长度是多少?

设该椭圆为E.\mathcal{E}.,其两个焦点为F1=(9,20)F_1=(9,20)F2=(49,55)F_2=(49,55),与xx轴的切点为XX

根据椭圆定义,E\mathcal{E}是所有满足PF1+PF2PF_1 + PF_2等于某个固定常数(记为k.k.)的点PP的集合。再设长轴端点为AABB,由对称性可知

AB=AF1+F1B=F2B+F1B=kAB = AF_1 + F_1B = F_2B + F_1B = k

,即kk就是长轴长度。因此,只需在椭圆与xx轴相切的条件下,求出常数k,k,

注意:对椭圆E,\mathcal{E},内部的点PP,有PF1+PF2<k,PF_1 + PF_2 < k,;对外部的点PP,有PF1+PF2>k.PF_1 + PF_2 > k.。因xx轴与椭圆E\mathcal{E}仅有一个交点XX,且XF1+XF2=k,XF_1 + XF_2 = k,,故kkPF1+PF2PF_1 + PF_2xx轴上所有点PP处的最小值。

F1F_1关于xx轴作对称,得到点F1,F_1',(如图所示)。

xx轴上的任意点PP,有PF1+PF2=PF1+PF2.PF_1 + PF_2 = PF_1' + PF_2.。再由三角不等式,PF1PF_1'

✏️ 练习

1

求复数zz,使得

z1=z+3=zi.|z - 1| = |z + 3| = |z - i|.
2

椭圆的两条轴共有四个端点,其中三个端点(顺序不定)是

(2,4),  (3,2),  (8,4).(-2, 4), \; (3, -2), \; (8, 4).

。求椭圆两个焦点之间的距离。

3

SS为直角坐标平面上满足下式的点(x,y)(x, y)的集合:

x21+y21=1.\Big|\big| |x|-2\big|-1\Big|+\Big|\big| |y|-2\big|-1\Big|=1.

组成SS的所有线段的总长度是多少?

4

一个椭圆位于第一象限,且与x轴和y轴都相切。一个焦点在(3,7),另一个焦点在(493\frac{49}{3},7)。求493\frac{49}{3}

5

一个椭圆的两个焦点在F1=(0,2)F_1 = (0,2)F2=(3,0).F_2 = (3,0).。该椭圆与xx轴交于原点,以及另一个点。这个另一个交点是什么?