Mục lục bài họcĐang ở d06-b4
← AP Precalculus
0/28 bài đã học xong
Chương 6 · Trig Equations, Inverses, and Polar Functions · Bài 4/4 của chương · bài 24/28 của AP Precalculus

Polar Coordinates and Graphs of Polar Functions

Toạ độ cực và đồ thị hàm cực
← Mục lục bài học
Lý thuyết · English

Two dictionaries

From polar to rectangular: $x=r\cos\theta$, $y=r\sin\theta$. From rectangular to polar: $r^2=x^2+y^2$, $\tan\theta=\frac{y}{x}$ (choose the quadrant by looking at the signs of $x$ and $y$, never blindly from arctan).

A polar point has infinitely many names: $(r,\theta)=(r,\theta+2\pi k)=(-r,\theta+\pi)$. Negative $r$ means "walk backwards": plot the angle, then step $|r|$ in the opposite direction.

The standard graphs

  • $r=a\cos\theta$: circle of diameter $|a|$ through the pole, centered on the $x$-axis; $r=a\sin\theta$ centers on the $y$-axis.
  • $r=a\pm b\cos\theta$ (or $\sin$): limaçon — cardioid when $a=b$; inner loop when $a
  • $r=a\cos(n\theta)$ or $a\sin(n\theta)$: rose with $n$ petals if $n$ is odd, $2n$ petals if $n$ is even, petal length $|a|$.

Rates of change

$r$ is a function of $\theta$, so "increasing/decreasing" questions are about $r(\theta)$, and the average rate of change on $[\theta_1,\theta_2]$ is $\frac{r(\theta_2)-r(\theta_1)}{\theta_2-\theta_1}$. Careful: the distance to the pole is $|r|$. While $r$ is negative and decreasing, the point is actually moving away from the pole.

Giải thích tiếng Việt

Hai cuốn từ điển đổi toạ độ: cực → vuông góc dùng $x=r\cos\theta$, $y=r\sin\theta$; vuông góc → cực dùng $r^2=x^2+y^2$ và $\tan\theta=\frac{y}{x}$ — chọn phần tư bằng dấu của $x,y$, đừng tin mù quáng vào arctan.

Một điểm cực có vô số tên: $(r,\theta)=(r,\theta+2\pi k)=(-r,\theta+\pi)$. $r$ âm nghĩa là đi lùi: ngắm hướng $\theta$ rồi bước $|r|$ về phía ngược lại.

Bộ đồ thị chuẩn: $r=a\cos\theta$ là đường tròn đường kính $|a|$ đi qua cực, tâm trên trục hoành ($\sin$ thì trục tung). $r=a\pm b\cos\theta$ là limaçon — thành cardioid khi $a=b$, có vòng trong khi $a<b$ (đoạn đó $r$ âm). $r=a\cos(n\theta)$ là hoa hồng: $n$ lẻ ra $n$ cánh, $n$ chẵn ra $2n$ cánh, cánh dài $|a|$.

Về tốc độ thay đổi: $r$ là hàm của $\theta$, nên câu "tăng/giảm" là hỏi về $r(\theta)$, và tốc độ thay đổi trung bình trên $[\theta_1,\theta_2]$ là $\frac{r(\theta_2)-r(\theta_1)}{\theta_2-\theta_1}$. Nhưng khoảng cách tới cực là $|r|$: khi $r$ đang âm và tiếp tục giảm, điểm thực ra đang đi ra xa cực — chi tiết này là bẫy tủ của cả chủ đề.

θ = 0, r = 2 (xa nhất) θ = π, r = 0 (chạm cực) r = 1 r = 2 r = 1 + cos θ
Đọc cardioid như đọc một câu chuyện của $r$ theo $\theta$. Tại $\theta=0$, $r=1+\cos0=2$ — điểm xa cực nhất. Quét $\theta$ từ $0$ tới $\pi$, $\cos\theta$ giảm dần nên $r$ co từ $2$ về $0$: đường cong xoáy dần vào và chạm cực đúng tại $\theta=\pi$, tạo chỗ lõm hình tim. Nửa dưới là ảnh đối xứng qua trục hoành (vì $\cos(-\theta)=\cos\theta$). Đề AP hỏi đúng ba thứ trên hình này: $r$ lớn nhất ở đâu, chạm cực ở đâu, và đối xứng qua trục nào.
Ví dụ — đổi cả một phương trình cực sang vuông góc

Chứng minh đồ thị của $r=6\sin\theta$ là một đường tròn; tìm tâm và bán kính.

Giải.

Nhân cả hai vế với $r$ (thủ thuật chuẩn để gọi được $r^2$ và $r\sin\theta$ ra ngoài):

$$r^2=6r\sin\theta\ \Longrightarrow\ x^2+y^2=6y$$

Chuyển vế và bù bình phương: $x^2+y^2-6y+9=9$, tức

$$x^2+(y-3)^2=9$$

Đường tròn tâm $(0,3)$, bán kính $3$ — đúng khuôn mẫu: $r=a\sin\theta$ là đường tròn đường kính $a=6$ dựng trên trục tung, đi qua cực. Phép nhân với $r$ có thể thêm điểm cực vào đồ thị, nhưng cực vốn đã thuộc đường cong (tại $\theta=0$) nên không sinh nghiệm lạ.

Bẫy hay mất điểm — Ba bẫy ruột: (1) hoa hồng $r=a\sin(4\theta)$ có $8$ cánh chứ không phải $4$ — chẵn thì nhân đôi. (2) Hai đường cực có thể cắt nhau tại điểm mà hai cặp $(r,\theta)$ khác hẳn nhau (nhất là tại cực), nên giải hệ đại số chưa chắc ra đủ giao điểm. (3) "$r$ giảm" không đồng nghĩa "tiến gần cực" — khi $r<0$, khoảng cách là $|r|$, giảm $r$ là đi ra xa.
Phải nhớ — Đổi toạ độ = hai cuốn từ điển + chọn phần tư bằng dấu. Nhận diện đồ thị: tròn ($a\cos/a\sin$), limaçon–cardioid ($a\pm b$), hoa hồng ($n$ lẻ $n$ cánh, $n$ chẵn $2n$ cánh). $r$ âm là đi lùi qua cực, và mọi câu "gần/xa cực" phải trả lời bằng $|r|$, không phải $r$.

Đọc xong rồi — làm thử ngay

Bài tập của chương Trig Equations, Inverses, and Polar Functions gồm 14 câu trắc nghiệm và 4 đề tự luận, ra khó hơn đề thật 30–50%. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.

Làm bài tập chương →