Question

7．如圖，在正方形ABCD-A₁B₁C₁D₁中，過(guò)對(duì)角線BD₁的一個(gè)平面交AA₁于E，交CC₁于F，
①四邊形BFD₁E一定是平行四邊形
②四邊形BFD₁E有可能是正方形
③四邊形BFD₁E在底面ABCD內(nèi)的投影一定是正方形
④四邊形BFD₁E有可能垂直于平面BB₁D
以上結(jié)論正確的為①③④．（寫(xiě)出所有正確結(jié)論的編號(hào)）

Answer 1

分析 ①正方形ABCD-A₁B₁C₁D₁中，前后、左右兩對(duì)側(cè)面相互平行，利用面面平行的性質(zhì)定理可判斷四邊形BFD₁E是平行四邊形；
②先假設(shè)四邊形BFD₁E是正方形，利用勾股定理可導(dǎo)出矛盾，從而可判斷其正誤；
③四邊形BFD₁E在底面ABCD內(nèi)的投影為ABCD，是正方形，可判斷其正誤；
④四利用菱形的對(duì)角線互相垂直及面面垂直的性質(zhì)，可判斷四邊形BFD₁E有可能垂直于平面BB₁D．

解答 解：連接D₁E、D₁F、BE、BF、EF，
對(duì)于①，正方形ABCD-A₁B₁C₁D₁中，前后、左右兩對(duì)側(cè)面相互平行，由面面平行的性質(zhì)定理可得，BE∥D₁F，D₁E∥BF，故四邊形BFD₁E一定是平行四邊形，①正確；
對(duì)于②，設(shè)該正方體的邊長(zhǎng)為2，若四邊形BFD₁E是正方形，
則E、F分別為AA₁與CC₁的中點(diǎn)，D₁E=BE且D₁E⊥BE，
實(shí)際上，D₁E=BE=$\sqrt{5}$，
BD₁=2$\sqrt{3}$，并不滿足D₁E²+BE²=BD₁²，即D₁E⊥BE不成立，故②錯(cuò)誤；
對(duì)于③，四邊形BFD₁E在底面ABCD內(nèi)的投影是ABCD，為正方形，故③正確；
對(duì)于④，當(dāng)E和F是所在棱的中點(diǎn)時(shí)，易證BE=D₁E，則四邊形BFD₁E是菱形，則EF垂直于BD₁，同理四邊形B₁FDE也是菱形，則EF垂直于B₁D，因此EF垂直于平面BB₁D₁D，從而平面BFD₁E垂直于平面BB₁D₁D，即四邊形BFD₁E有可能垂直于平面BB₁D，故④正確．
綜上所述，以上結(jié)論正確的為①③④．
故答案為：①③④．

點(diǎn)評(píng) 本題考查命題的真假判斷與應(yīng)用，突出考查空間幾何中面面平行、面面垂直的性質(zhì)與判定，考查作圖、分析與邏輯推理能力，屬于難題．