Question

在平面直角坐标系xoy中，给定三点，点P到直线BC的距离是该点到直线AB，AC距离的等比中项．
（Ⅰ）求点P的轨迹方程；
（Ⅱ）若直线L经过△ABC的内心（设为D），且与P点的轨迹恰好有3个公共点，求L的斜率k的取值范围．

Answer

（Ⅰ）直线AB、AC、BC的方程依次为．点P（x，y）到AB、AC、BC的距离依次为．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．设L的方程为．再分情况讨论能够求出直线L的斜率k的取值范围．
【解析】
（Ⅰ）直线AB、AC、BC的方程依次为．点P（x，y）到AB、AC、BC的距离依次为．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，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③
（i）当k=0时，L与圆S相切，有唯一的公共点D；此时，直线平行于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，直线L的方程为x=±（2y-1）．代入方程②得y（3y-4）=0，解得．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），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．即方程组有且只有一组实数解，消去y并化简得
该方程有唯一实数解的充要条件是8-17k2=0④
或⑤
解方程④得，解方程⑤得．
综合得直线L的斜率k的取值范围．（14分）