设α,β是空间内两个不同的平面,m,n是平面α及β外的两条不同直线.从“①m⊥n;②α⊥β;③n⊥β;④m⊥α”中选取三个作为条件,余下一个作为结论,写出你认为正确的一个命题:___(用序号表示).

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完整解法

1. 选择合理的条件与结论组合,写出待证命题

我们可以从给定的四个陈述中,选择 ①③④ 作为条件,② 作为结论,组成命题:“若 m⊥nm \perp n,n⊥βn \perp \beta,m⊥αm \perp \alpha,则 α⊥β\alpha \perp \beta”(即 ①③④ ⇒\Rightarrow ②).

2. 利用空间向量法证明该命题的正确性

证明如下:
设直线 mm,nn 的方向向量分别为 u⃗m\vec{u}_m 和 u⃗n\vec{u}_n,平面 α\alpha 和 β\beta 的法向量分别为 n⃗α\vec{n}_\alpha 和 n⃗β\vec{n}_\beta.
因为 m⊥αm \perp \alpha,所以可取 n⃗α∥u⃗m\vec{n}_\alpha \parallel \vec{u}_m;
因为 n⊥βn \perp \beta,所以可取 n⃗β∥u⃗n\vec{n}_\beta \parallel \vec{u}_n;
因为 m⊥nm \perp n,所以他们的方向向量垂直,即 u⃗m⋅u⃗n=0\vec{u}_m \cdot \vec{u}_n = 0;
从而有平面法向量的内积 n⃗α⋅n⃗β=0\vec{n}_\alpha \cdot \vec{n}_\beta = 0,即 α⊥β\alpha \perp \beta.
因此,命题 ①③④ ⇒\Rightarrow ② 是真命题.

同理,若选择 ②③④ 作为条件,① 作为结论,亦可由平面法向量垂直得到方向向量垂直:
由 α⊥β⇒n⃗α⋅n⃗β=0\alpha \perp \beta \Rightarrow \vec{n}_\alpha \cdot \vec{n}_\beta = 0,结合 n⃗α∥u⃗m\vec{n}_\alpha \parallel \vec{u}_m 且 n⃗β∥u⃗n\vec{n}_\beta \parallel \vec{u}_n,
可得 u⃗m⋅u⃗n=0\vec{u}_m \cdot \vec{u}_n = 0,即 m⊥nm \perp n.
所以命题 ②③④ ⇒\Rightarrow ① 也是真命题.

答案

①③④ ⇒\Rightarrow ② (或 ②③④ ⇒\Rightarrow ①)

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