在空间中，过点 $A$ 作平面 $\pi$ 的垂线，垂足为 $B$，记 $B=f_{\pi}(A)$，设 $\alpha$，$\beta$ 是两个不同的平面，对空间任意一点 $P$，$Q_1=f_{\beta}\left[f_{\alpha}(P)\right]$，$Q_2=f_{\alpha}\left[f_{\beta}(P)\right]$，恒有 $PQ_1=PQ_2$，则 \((\qquad)\)
【难度】
【出处】
2013年高考浙江卷（理）
【标注】
【答案】
A
【解析】
将 $P$ 取在平面 $\alpha$ 内即得，接下来我们证明这个结论．
如图，只需要在过 $P$ 且与直线 $\alpha \cap\beta$ 垂直的截面内思考问题．设 $\angle PO\alpha =x$，$\angle PO\beta=y$，$OP=1$，则$$PM=\sin x,MQ_1=\cos x\sin (x+y),$$于是在 $\triangle PMQ_1$ 中应用余弦定理，有$$PQ_1^2=\sin^2x+\left(\cos x\sin (x+y)\right)^2-2\sin x\cos x\sin (x+y)\cos (x+y),$$类似的，可得$$PQ_2^2=\sin^2y+\left(\cos y\sin (x+y)\right)^2-2\sin y\cos y\sin (x+y)\cos (x+y),$$因此$$\sin^2x-\sin^2y+\left(\cos^2x-\cos^2y\right)\sin^2(x+y)-\left(\sin 2x-\sin 2y\right)\sin (x+y)\cos (x+y)=0,$$即$$\sin^2x-\sin^2y-\left(\sin^2x-\sin^2y\right)\sin^2(x+y)-2\cos(x+y)\sin(x-y)\cdot \sin(x+y)\cos(x+y)=0,$$即$$\left(\sin^2x-\sin^2y\right)\cos^2 (x+y)=0,$$于是可得 $x+y=\dfrac{\pi}2$，因此 $\alpha \perp \beta$．
综上所述，正确的选项为A．
如图，只需要在过 $P$ 且与直线 $\alpha \cap\beta$ 垂直的截面内思考问题．设 $\angle PO\alpha =x$，$\angle PO\beta=y$，$OP=1$，则$$PM=\sin x,MQ_1=\cos x\sin (x+y),$$于是在 $\triangle PMQ_1$ 中应用余弦定理，有$$PQ_1^2=\sin^2x+\left(\cos x\sin (x+y)\right)^2-2\sin x\cos x\sin (x+y)\cos (x+y),$$类似的，可得$$PQ_2^2=\sin^2y+\left(\cos y\sin (x+y)\right)^2-2\sin y\cos y\sin (x+y)\cos (x+y),$$因此$$\sin^2x-\sin^2y+\left(\cos^2x-\cos^2y\right)\sin^2(x+y)-\left(\sin 2x-\sin 2y\right)\sin (x+y)\cos (x+y)=0,$$即$$\sin^2x-\sin^2y-\left(\sin^2x-\sin^2y\right)\sin^2(x+y)-2\cos(x+y)\sin(x-y)\cdot \sin(x+y)\cos(x+y)=0,$$即$$\left(\sin^2x-\sin^2y\right)\cos^2 (x+y)=0,$$于是可得 $x+y=\dfrac{\pi}2$，因此 $\alpha \perp \beta$．综上所述，正确的选项为A．
题目
答案
解析
备注
