解题思路:(Ⅰ)直线AB、AC、BC的方程依次为
y=
4
3
(x+1),y=−
4
3
(x−1),y=0
.点P(x,y)到AB、AC、BC的距离依次为
d
1
=
1
5
|4x−3y+4|,
d
2
=
1
5
|4x+3y−4|,
d
3
=|y|
.由此能求出点P的轨迹方程.
(Ⅱ)点P的轨迹包含圆S:2x2+2y2+3y-2=0与双曲线T:8x2-17y2+12y-8=0.△ABC的内心D也是适合题设条件的点,由d1=d2=d3,解得
D(0,
1
2
)
.设L的方程为
y=kx+
1
2
.再分情况讨论能够求出直线L的斜率k的取值范围.
(Ⅰ)直线AB、AC、BC的方程依次为y=
4
3(x+1),y=−
4
3(x−1),y=0.点P(x,y)到AB、AC、BC的距离依次为d1=
1
5|4x−3y+4|,d2=
1
5|4x+3y−4|,d3=|y|.依设,d1d2=d32,得|16x2-(3y-4)2|=25y2,即16x2-(3y-4)2+25y2=0,或16x2-(3y-4)2-25y2=0,化简得点P的轨迹方程为
圆S:2x2+2y2+3y-2=0与双曲线T:8x2-17y2+12y-8=0
(Ⅱ)由前知,点P的轨迹包含两部分
圆S:2x2+2y2+3y-2=0①
与双曲线T:8x2-17y2+12y-8=0②△ABC的内心D也是适合题设条件的点,由d1=d2=d3,解得D(0,
1
2),且知它在圆S上.直线L经过D,且与点P的轨迹有3个公共点,所以,L的斜率存在,设L的方程为y=kx+
1
2③
(i)当k=0时,L与圆S相切,有唯一的公共点D;此时,直线y=
1
2平行于x轴,表明L与双曲线有不同于D的两个公共点,所以L恰好与点P的轨迹有3个公共点.
(ii)当k≠0时,L与圆S有两个不同的交点.这时,L与点P的轨迹恰有3个公共点只能有两种情况:
情况1:直线L经过点B或点C,此时L的斜率k=±
1
2,直线L的方程为x=±(2y-1).代入方程②得y(3y-4)=0,解得E(
5
3,
4
3)或F(−
5
3,
4
3).表明直线BD与曲线T有2个交点B、E;直线CD与曲线T有2个交点C、F.
故当k=±
1
2时,L恰好与点P的轨迹有3个公共点.(11分)
情况2:直线L不经过点B和C(即k≠±
1
2),因为L与S有两个不同的交点,所以L与双曲线T有且只有一个公共点.即方程组
8x2−17y2+12y−8=0
y=kx+
1
2有且只有一组实数解,消去y并化简得(8−17k2)x2−5kx−
25
4=0
该方程有唯一实数解的充要条件是8-17k2=0④
或(−5k)2+4(8−17
点评:
本题考点: 圆与圆锥曲线的综合;轨迹方程.
考点点评: 求题考查点的轨迹方程的求法和求L的斜率k的取值范围,解题时要认真审题,注意分类讨论思想的合理运用,利用圆锥曲线的性质恰当地进行等价转化.