欧式几何五公设和五定理,大多数人都有所耳闻。先解释一下公设和定理的概念。
所谓公理或公设,就是“不证自明”的命题,是一个演绎系统中,不需要证明而必须加以承认的某些陈述或命题。公理或是公设是一门学科中的基础,必须依赖于它,学科大楼才能拔地而起。
而定理相较于公设就要弱一些,只是已经证明了的具有正确性、可以作为原则或规律的命题或公式,比如几何定理。
《几何原本》中的5公设:
1. 由任意一点到任意一点可作直线。
2. 一条有限直线可以继续延长。
3. 以任意点为心及任意的距离可以画圆。
4. 凡直角都相等。
5.若两条直线都与第三条直线相交,并且在同一边的内角之和小于两个直角,则这两条直线在这一边必定相交。
五公设推出五条定理,五定理表述更加简单明了,分别是“等于同量的量彼此相等”、“等量加等量,其和仍相等”、“等量减等量,其差仍相等”、“彼此能够重合的物体是全等的”、“整体大于部分”。
在这五条公设中,前四条是简单明了,第五条就显得啰嗦了不少,结论也没那么显然易见。细心的学者发现,在《几何原本》中,欧几里得直到第二十九条命题才使用第五公设,也就是说,不依靠第五公设就已经能推出前二十八个命题了。而且二十九命题之后也没使用过第五公设。如此看来,将其置于公设的位置未免有些浪费,能不能降个档次,作为定理使用呢?
这就是几何史上著名的“平行线理论”,这一争议持续了很久,长达两千多年,并引出了非欧几何学这一门分支。顾名思义,非欧几何自然指的是一切和欧几里得几何不同的几何学,通常意义下,指的是罗氏几何和黎曼几何这两种。狭义意义下,非欧几何即罗氏几何。
罗氏指的是俄国喀山大学教授罗巴切夫斯基,对于颇具争议的第五公设,他兴趣很浓,一直想给出合理的证明,他另辟蹊径,选择了另一条路子,利用了反证法的思想去证明:先是提出了一个和欧式平行公理相矛盾的命题,用其代替第五公设,和前四个公设一起成为一个新的公理系统,并进行了一系列的推理。如果证明过程中出现了矛盾,那就说明第五条公设是正确的。