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已知动点 P 与定点 A(m,0) 的距离和 P 到定直线 x=n2m 的距离的比为常数 mn. 其中 m>0,n>0, 且 m≠n. 记点 P 的轨迹为曲线 C.

  1. 求 C 的方程,并说明轨迹的形状;
  2. 设点 B(−m,0), 若曲线 C 上两动点 M,N 均在 x 轴上方,AM//BN, 且 AN 与 BM 相交于点 Q.
    1. 当 m=22,n=4 时,求证: 1|AM|+1|BN| 的值及 ΔABQ 的周长均为定值;
    2. 当 m>n 时,记 ΔABQ 的面积为 S, 其内切圆半径为 r,试探究是否存在常数 λ, 使得 S=λr 恒成立? 若存在,求 λ (用 m,n 表示); 若不存在,请说明理由.
解答

  1. 解 设 P(x,y), 则条件式等价于 (x−m)2+y2|x−n2m|=mn⇒x2n2+y2n2−m2=1. 当 n>m 时,C 是椭圆;当 n<m 时,C 是双曲线.
  2. 对曲线上的一点 P(x0,y0), 有PA=(x0−m)2+y02=(x0−m)2+(n2−m2)(1−x02n2)=|n−mnx0|,
    同理 PB=|n+mnx0|. 由于 AM//BN, 可设 ∠MAx=∠NBA=θ, 则 xM=AMcos⁡θ+m, xN=BNcos⁡θ−m.
    1. 证明 在给定条件下 C 是椭圆,则 |xM|,|xN|≤n, 故AM=n−mn(AMcos⁡θ+m)⇒1+mncos⁡θ=(n−m2n)1AM,
      将m替换为−m即有1−mncos⁡θ=(n−m2n)1BN,
      两式相加得2=(n−m2n)(1AM+1BN)⇒1AM+1BN=2nn2−m2=1. 再由 ΔAQM∼ΔNQB 得BNAM=NQAQ⇒NB+AMAM=ANAQ=2n−BNAQ⇒AQ=AM(2n−BN)NB+AM,
      由对称性有BQ=BN(2n−AM)NB+AM, 因此AQ+BQ=2n−21NB+1AM=6,
      从而 ΔABQ 的周长为 6+2m=6+42 为定值.
    2. 解 在给定的条件下 C 是双曲线,则 |xM|,|xN|≥n,且如图有 xM>0>xN. 故 AM=mnxM−n,BN=−mnxN−n, 同样地可得 1AM+1BN=2nm2−n2,AQ+BQ=2n+21BN+1AM=m2n+n, 从而λ=Sr=12r(AQ+BQ+AB)r=12(mn+n)2.