數學之源——歐幾里得幾何

歐幾里得 數學 幾何原本 源科幻 2019-05-24

歐幾里得幾何指按照古希臘數學家歐幾里得的《幾何原本》構造的幾何學。


數學之源——歐幾里得幾何


歐幾里得幾何有時單指平面上的幾何,即平面幾何。本文主要描述平面幾何。三維空間的歐幾里得幾何通常叫做立體幾何。 高維的情形請參看歐幾里得空間。

歐幾里得幾何簡稱“歐氏幾何”,是幾何學的一門分科。數學上,歐幾里得幾何是平面和三維空間中常見的幾何,基於點線面假設。數學家也用這一術語表示具有相似性質的高維幾何。

歐氏幾何源於公元前3世紀。古希臘數學家歐幾里德把人們公認的一些幾何知識作為定義和公理(公設),在此基礎上研究圖形的性質,推導出一系列定理,組成演繹體系,寫出《幾何原本》,形成了歐氏幾何。按所討論的圖形在平面上或空間中,又分別稱為“平面幾何”與“立體幾何”。


數學之源——歐幾里得幾何


其中公理五又稱之為平行公設(Parallel Postulate),敘述比較複雜,並不像其他公理那麼顯然。這個公設衍生出“三角形內角和等於一百八十度”的定理。在高斯(F. Gauss)的時代,公設五就備受質疑,俄羅斯數學家羅巴切夫斯基(Nikolay Ivanovitch Lobachevski)、匈牙利人波爾約(Bolyai)闡明第五公設只是公理系統的一種可能選擇,並非必然的幾何真理,也就是“三角形內角和不一定等於一百八十度”,從而發現非歐幾里得的幾何學,即“非歐幾何”(non-Euclidean geometry)。

另一方面,歐幾里得幾何的五條公理並未具有完備性。例如,該幾何中有定理:在任意直線段上可作一等邊三角形。他用通常的方法進行構造:以線段為半徑,分別以線段的兩個端點為圓心作圓,將兩個圓的交點作為三角形的第三個頂點。然而,他的公理並不保證這兩個圓必定相交。 因此,許多公理系統的修訂版本被提出,其中有希爾伯特公理系統。


數學之源——歐幾里得幾何


歐式幾何的傳統描述是一個公理系統,通過有限的公理來證明所有的“真命題”。

歐式幾何的五條公理是:

1、任意兩個點可以通過一條直線連接。

2、任意線段能無限延長成一條直線。

3、給定任意線段,可以以其一個端點作為圓心,該線段作為半徑作一個圓。

4、所有直角都全等。

5、若兩條直線都與第三條直線相交,並且在同一邊的內角之和小於兩個直角和,則這兩條直線在這一邊必定相交。

第五條公理稱為平行公理(平行公設),可以導出下述命題:

通過一個不在直線上的點,有且僅有一條不與該直線相交的直線。

平行公理並不像其他公理那麼顯然。許多幾何學家嘗試用其他公理來證明這條公理,但都沒有成功。19世紀,通過構造非歐幾里得幾何,說明平行公理是不可證的(若從上述公理體系中去掉平行公理,則可以得到更一般的幾何,即絕對幾何)。

另外五條公理是:

1、等於同量的量彼此相等。

2、等量加等量,其和仍相等。

3、等量減等量,其差仍相等。

4、彼此能夠重合的物體是全等的。

5、整體大於部分。

相關推薦

推薦中...