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  • 《几何基础》

    日期:2003-08-17  地址:  作者:
      

    《几何基础》(Grundlagen der Geometrie)是德国著名数学家希尔伯特所著,1899年初版,此后不断再版,至1930年已出第七版。

    我们知道,几何学本来的对象就是图形,因而研究它们时必然要用到我们的空间直观性。可是直观性也有缺乏客观性的情况,因此在明确地规定了定义和公理的基础上,排除直观,建立纯粹的合乎逻辑的几何学的思想,在古希腊时代就已经开始了。欧几里得的《几何原本》就是在这种思想的指导下完成的。虽然长期以来,《几何原本》被视为完善的逻辑体系的典范,但是事实上随着时代的进步,数学的批判精神有所发展,人们注意到《几何原本》中的逻辑性存在许多缺陷。请看下例:

    《几何原本》第1卷命题16:

    任意三角形的任意一个外角大于任何一个内对角。

    证明如图1,设ABC是一个三角形,延长BC到D,则可证外角ACD大于内对角CBA、BAC的任何一个。

    设AC被E点平分,连BE并延长至F,使EF等于BE,连FC,延长AC至G.

    易证三角形ABE全等于三角形CFE,所以角BAE等于角ECF,因角ECD大于角ECF,故角ACD大于角BAE.

    类似地,BC被平分,角BCG,即角ACD可证明大于角ABC【】这个证明貌似逻辑严密,其实它在很大程度上依赖了直观性,问题出在“角ECD大于角ECF”,理论依据何在?根据公理5,整体大于部分。何调整体?难道只许把ECD视为整体,就不准把ECF作整体吗?

    这个例子说明了直观性缺乏客观性,更暴露出《几何原本》的公理体系本身的不完备。而且这样的例子在机何原本种可谓比比皆是。到19世纪后半叶,许多数学家提出了可用以代替《几何原本》公理体系的在逻辑上完善的公理体系。其中,希尔伯特提出的公理体系是考虑最周到的。

    希尔伯特精确地提出公理体系应有相容性、独立性和完备性的要求,把空间内的点、直线、平面作为不定义的概念,规定它们之间存在着关联关系顺序关系、合同关系,这些关系由五组公理得以保障:

    关联公理(Ⅰ1-Ⅰ8)8条;

    顺序公理(Ⅱ1-Ⅱ4)4条;

    合同公理(Ⅲ1一Ⅲ5)5条;

    平行公理(Ⅳ)1条;

    连续公理(V1~V2)2条。记述了希尔伯特为欧几里得几何学给出的上述公理体系的《几何基础》出版后,立即引起了整个数学界的关注,并视为一部经典的著作。因为,希尔伯特上述工作的意义远超出了几何基础的范围,而使他成为现代公理化方法的奠基人。


    Tags:《几何基础》
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