欧几里得定律怎么证明 欧几里得的第五假设被证明不可能还原至更简单的定理,这个证明的惊奇点在哪儿?

[更新]
·
·
分类:行业
2150 阅读

欧几里得定律怎么证明

欧几里得的第五假设被证明不可能还原至更简单的定理,这个证明的惊奇点在哪儿?

欧几里得的第五假设被证明不可能还原至更简单的定理,这个证明的惊奇点在哪儿?

问题
第五公设:同平面内一条直线和另外两条直线相交,若在直线同侧的两个内角之和小于两直角,则这两条直线经无限延长后在这一侧一定相交。
欧氏几何学大约公元前400~300年,处于第一次数学危机发生和解决的后危机时代,欧几里得(Euclid)接受一些视觉图形和“不证自明”的现象作为起点,并将其命名为公设和公理,编纂《几何原本》用公理化的推演模式,建造了世界瞩目的数学逻辑体系。
在《几何原本》中,欧几里得对“第五公设”的处理总让人感到有不尽人意的缺憾。人们一直都希望通过欧氏前4条公设紧密连接在一起的概念能对“第五公设”做出推演,拟将它从公设中去除而成为一个定理。尽管许多数学家在长达两千多年的推演工作中,使用了不同的方法对欧氏几何的逻辑体系进行完善,但所有努力都没能获得成功。
在现代综合几何中,由普勒菲尔的平行公理代替了欧几里得所设的“第五公设”。普勒菲尔的平行公理是这样描述的“过已知点的一条已知直线至多有一条平行线”。
图1 普勒菲尔的平行公理
非欧几何学当俄国数学家罗巴切夫斯基(N l Lobachevsky)和匈牙利数学家波尔约(Bolyai Janos)尝试对“第五公设”进行证明时,借用普勒菲尔的平行公理得到了“过平面上直线外一点,至少可引两条直线与已知直线不相交”的假设命题,且结合欧氏的前4条公设“线段、直线、圆、直角”及其它公理组形成新的公理系统,通过反证法展开逻辑推演,得到了一连串古怪的演绎命题。但经过仔细审查,却没有发现由归谬法所导出的命题与“第五公设”之间含有任何逻辑矛盾。直接反驳了“第五公设可证性”,也间接坐实了“第五公设不可证性”,与此同时,又因无矛盾的新几何体系之存在,使得“第五公设变得不可否定”。罗巴切夫斯基与波尔约从而证明了“第五公设”确实是一条“公设”,不能被证明或否定。由此,巴氏几何概念呈现在大家面前,包括高斯(J K F Gauampszlig)在内的三位数学家也为我们带来一个全新的数学分支——非欧几何学。
巴氏对非欧几何的创造性研究提出了双曲几何,后来黎曼(Riemann Sum)再通过“过直线外一点,没有直线与已知直线共面而不相交”的假设命题,又提出了椭圆几何——另一非欧几何学。
证明“第五公设”的惊奇点在哪儿?证明“第五公设”的惊奇之处的疑问,正如楼主提问的鲜明观点“欧几里得的第五假设被证明不可能还原出更简单的定理(原始假设),这个证明的惊奇点在哪儿?”
非欧几何学的产生反映了空间形式的多样性,欧氏几何的空间曲率为零,罗氏几何的空间曲率为负数,黎曼几何的空间曲率为正数。但这三种几何各自所导出的命题均构成了严密的公理体系,也被公认都是正确的。然而,证明“第五公设”的惊奇就在于非欧几何学涉及到替代“第五公设”的普勒菲尔公理并不是真正的原始命题。
我国学者程平发表文章,用“一因一果”同“多因一果”的两种推理方法作比较,指出了欧氏“第五公设”不能被证明的原因为:不是任何数目的原始命题都能完成对“第五公设”的逻辑检验。与此同时,学者李春泰撰文也指出:欧几里得几何的可能世界有很多逻辑无法深入的地方。
图2 由欧几里得的公设I.1、I.2、I.3处理的三条直线
《几何原本》陈述:命题I.9一个角可以切分成两个相等的角,以及命题I.12经过直线外的一点可以向直线作垂线。如果,O是角平分线AC上一点,且A、B分别是角的两边上垂足(图2),那么,链接A、B形成L1、L2、L3三条相交的直线,可描述为“第五公设”中三条直线。
我们不难发现三角形ABP是等腰三角形,且等腰三角形的两个底角都是锐角。而这样的两个锐角之和小于两个直角,其满足“第五公设”。同时,通过欧几里得所设的公设I.3,由圆ABC的图形建立联系,使角的两边成为圆的两条相等切线,符合切线长定理。然而,等腰三角形的命题是欧几里得命名的“庞斯命题”,正是“驴桥”逻辑循环的首个命题。当它对任意三角形ABP做处理时(图2),则有些逻辑就无法深入。
图3 由欧几里得的公设I.1、I.2、椭圆公设处理的三条直线
有学者撰文《在欧几里得公理体系中添加椭圆公设》指出,可通过欧氏规定无刻度的度量方法,融合《几何原本》的前4条公设和5条公理,并且,考量与前4个公认命题进行无矛盾地合同,描摹给出了原始设定的椭圆公设来奠定椭圆图形。
倘若通过椭圆图形建立联系,设一条不过椭圆中心的椭圆弦,由尺规作图得到过该椭圆弦的两端的两条切线(图3),形成L1、L2、L3三条相交的直线,可描述为“第五公设”中三条直线。
我们就会发现三角形ABP是任意三角形,且任意三角形的底角α、角β是锐角或钝角,而这样一个锐角与一个钝角之和小于两个直角,其也满足“第五公设”。
原始设定的椭圆公设留下的思考(1)椭圆公设为何没出现在《几何原本》之中?
(2)处于公元前300年那个古老年代,欧几里得的局限是什么?
(3)椭圆公设能否成为欧氏无刻度度量的基础元素吗?
(4)椭圆公设能否作为公理化推演的起点完成对“第五公设”的逻辑检验吗?
有不同见解,欢迎交流。

勾股定理欧几里得证法?

如果两个三角形有两组对应边和这两组边所夹的角相等,则两三角形全等.(SAS定理) 三角形面积是任一同底同高之平行四边形面积的一半.任意一个正方形的面积等于其二边长的乘积.任意一个四方形的面积等于其二边长的乘积(据辅助定理3).证明的概念为:把上方的两个正方形转换成两个同等面积的平行四边形,再旋转并转换成下方的两个同等面积的长方形.其证明如下:设△ABC为一直角三角形,其直角为CAB.其边为BC、AB、和CA,依序绘成四方形CBDE、BAGF和ACIH.画出过点A之BD、CE的平行线.此线将分别与BC和DE直角相交于K、L.分别连接CF、AD,形成两个三角形BCF、BDA.∠CAB和∠BAG都是直角,因此C、A 和 G 都是线性对应的,同理可证B、A和H.∠CBD和∠FBA皆为直角,所以∠ABD等于∠FBC.因为 AB 和 BD 分别等于 FB 和 BC,所以△ABD 必须相等于△FBC.因为 A 与 K 和 L是线性对应的,所以四方形 BDLK 必须二倍面积于△ABD.因为C、A和G有共同线性,所以正方形BAGF必须二倍面积于△FBC.因此四边形 BDLK 必须有相同的面积 BAGF AB2.同理可证,四边形 CKLE 必须有相同的面积 ACIH AC2.把这两个结果相加,AB2 AC2 BD×BK KL×KC 由于BDKL,BD×BK KL×KC BD(BK KC) BD×BC 由于CBDE是个正方形,因此AB2 AC2 C2.此证明是于欧几里得《几何原本》一书第1.47节所提出的