《几何原本》的第五公设从一开始就受到人们的怀疑,因为它缺乏其他公理和公设的直观性、明显性,兼文字的冗长,还含有直线可以无限延长的含义,古希腊人对无限基本采取一种排斥的态度,并且欧几里得本人对第五公设的应用也表现得很犹豫,尽量避免使用它,直到第一卷的命题29才第一次用到第五公设.因此,在《几何原本》问世的2 000多年中,不少人试图去修正第五公设,认为可由其余公理和公设所证出,或用更简单、更直观的公设来代替.
经过无数次失败的尝试,直到19世纪初,数学家才开始意识到第五公设是不可证明的,唯一的办法就是要么承认它,要么重新构筑一个体系.在富有科学想象力的众多数学家的努力下,后一种思路导致了非欧几何的诞生.
早在1795年,英国的数学家、物理学家普莱费尔(Playfair,J.,1748—1819)提出了一条与第五公设等价的命题,它的直观明显性比第五公设好,通常称之为平行公设:在平面内过已知直线外一点,有且只有一条直线与已知直线平行.
命题 欧氏几何的第五公设等价于平行公设.
证明 由第五公设推导平行公设.
存在性显然,只证明唯一性.采用反证法,如图3-3(a)所示,若存在两条不同的直线b和d,b∥c,d∥c,选择直线b,使得∠1+∠2=180°,由于b和d不同,从而∠2≠∠3,因此,∠1+∠3≠180°,从而直线d,c不平行,矛盾.(www.xing528.com)
图3-3 证明第五公设与平行公设等价
由平行公设推导第五公设.
采用反证法,如图3-3(b)所示,若直线b和c不相交,则b∥c,过点A作d∥c,则∠1+∠2=180°,∠3+∠2<180°,从而∠1≠∠3,因此b和d为不同的直线,此为矛盾.
否定平行公设(即否定第五公设)而构筑一个新体系的创新思想引出了两种几何:罗巴切夫斯基几何与黎曼几何,平行公设成为三种几何的分水岭.
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