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認識了平行線公理

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認識了平行線公理2023更新內容

大約公元前400年前后,認識古希臘的平行畢達哥拉斯學派,行將拉上帷幕。認識然而,平行畢達哥拉斯學派,認識在數學上留給后人的平行成就,無疑是認識重要的,也是平行偉大的。畢氏學派最先認識到,認識數學的平行對象,應該首先研究抽象的認識概念,認為了數與圖形是平行抽象的思維。畢氏在研究數與圖形的認識關系中,最為得意的平行是發現了直角三角形中,邊與數之間的認識確定關系,即畢達哥拉斯定理(勾股定理)。這個定理堪稱是數與圖形的完美結合,由此,進一步發現了:在直角邊可以公度的等腰直角三角形中,斜邊與直角邊兩者不可公度,即等腰直角三角形斜邊的長,是無理數。無理數的發現與證明,歷史上歸功于畢氏學派中的數學家希帕索斯(Hippasus,公元前500年左右)先生。畢氏學派的這一發現,直接導致了 第一次數學危機 的發生。
認識了平行線公理
這個關于無理數的證明,是發生在公元前500年左右的古希臘,是用畢達哥拉斯定理(勾股定理)證明的。而畢達哥拉斯定理是文明的人類社會中,一個必不可少的重要定理。畢氏學派的關于無理數證明,當時采用了反證法(歸謬法),具體如下:
認識了平行線公理
在等腰直角三角形中,設斜邊為 ;直角邊為 。若斜邊與直角邊兩者可以公度,那么,有 / ,并且 / 是既約分數。于是,根據畢氏定理,有 2= 2+ 2=2 2。
認識了平行線公理
因為 2是偶數,所以 是偶數,可以設 =2 。因為 / 是既約分數,所以 是奇數。因為 2=4 2=2 2,所以2 2= 2,于是得知 2是偶數,所以 是偶數。
一個數 ,它既是偶數,同時又是奇數,這就自相矛盾了。所以,等腰直角三角形中的斜邊不可公度。于是,無理數得到了證明。
證明的過程是如此的簡單明了,無懈可擊。可是,雖然無理數的存在,被證明了,但是,當時的人因此而困惑。因此而改變了對世界的認知。然而,人們并不因為困惑而停止了研究。而是因為困惑,積極地去思考這樣的一個問題:數與數之間到底是離散的,還是連續的,以及離散與連續的關系。有關這些問題的思考,是二千五百年前古希臘人提出的,并且還提出了認識這些問題的各種途徑,關于這些問題,以及由這些問題而引伸出的無數課題,直接影響著人們的思想,尤其是認識論方面。當然,關于這些問題,在當時沒有圓滿的結論,直到現在,也沒有圓滿的結論,人類與人類的思辨共存。
大約在公元前300年前后,約二千三百年前,古希臘的歐幾里德先生(Euclid,古希臘人,約公元前330年 前275年)登場了。人們對于歐幾里德先生的生平,并不詳細。據公元5世紀的希臘人普羅克洛斯(Proclus,公元410 485年)記載,歐幾里德先生是在柏拉圖(Plato,古希臘人,公元前427 347年)的學院中讀的書。柏拉圖學院是一所,約二千四百年前開辦的綜合性學校,是慈善基金開辦的免費學校。歐幾里德總結了前人的數學,并且在前人的基礎上,從幾何出發,建立了一套邏輯演繹推理系統。歐幾里德先生的這套系統,后人稱之謂 歐幾里德幾何 ,簡稱 歐氏幾何 。
歐氏幾何除了若干個定義以外,由5個公設,5個公理為基礎。公設與公理的區別,亞里士多德(Aristotle,古希臘人,公元前384 322年)先生認為:公理適用于一切科學的真理,公設只應用于幾何。
于是,問題來了。在歐氏幾何的5個公設中,其中第5公設看起來不是很一目了然,似乎有點像定理。歐氏幾何的第5個公設所述: 若一直線與兩直線相交,且若同側所交兩內角之和小于兩直角,則兩直線無限延長后必相交于該側的一點 。這就是俗稱的歐氏 平行線公理 。
自從歐氏幾何問世后,其中的第5公設受到了普遍的爭議。爭議的焦點是:(1)假如是公設,那么不是很一目了然,(2)假如是定理,那么,一定可以用其它公設和公理加以證明。遺憾的是,人們二千多年來,試圖了種種嘗試和努力,其證明的結果統統以失敗而告終。以致有人懷疑第5公設,是歐氏為了 歐氏幾何 ,而自己搞出來的,如果這是真的話,那么歐幾里德先生太了不起了,其實,歐幾里德先生確實了不起。
歐幾里德先生在二千三百年前,把我們眼睛所見的物質世界及其聯系,思想了用邏輯演繹推理的方法表達出來,這就是所謂的歐氏幾何。歐氏幾何也就是我們在中學里,所學習的 平面幾何 和 立體幾何 。
可是,在我的中學學習階段,盡管學到一些有關點、線、面、體等之類,幾何中的一點點皮毛知識,而對于在二千三百年前,世界上還有一個名叫歐幾里德的人,卻是全然不知的。后來,當我的父母偷偷的小心翼翼的將歐幾里德,以及歐幾里德對人類所做的貢獻,告訴了我后。我在上海的舊書店, 福州路舊書店 里的一個角落里,找到了一本國人翻譯編寫的歐氏幾何書,并且買回家來自學。可以說,在我進入系統學習純粹數學和物理數學之前,我的全部數學和物理學的知識,基本都是通過自學獲得。所以,我真誠地對我的后代說,要珍惜每一次的學習機會。當然,這是題外話了。
然而, 第5公設 的問題,在19世紀高斯先生(Gauss,德國人,公元1777 1855年)、羅巴切夫斯基先生(Lobatchevsky,俄國人,公元1793 1856)等人登場之前,始終是個問題。歐氏第5公設的問題在于:這個公設與諸多的命題等價,例如(1)三角形內角之和等于兩直角,即180度;(2)兩條平行線被第三條直線所截,同位角相等;同旁內角互補,等等。也就是說,歐氏第5公設是歐氏幾何中的一個命題,一個獨立的命題,這個命題,可以由其它的命題來證明,例如:由羅巴切夫斯基先生所給出的幾何,來加以證明,是羅巴切夫斯基幾何的特例,因此不應該是公設。并且,在羅巴切夫斯基幾何中,三角形內角之和恒小于兩直角。高斯先生也認為 三角形的三個頂點無論取多么長,它的面積可能永遠小于一定的極限 ,也就是說,三角形的邊長不斷的增加,其內角之和將減少。由此,建立起了沒有歐氏第5公設的幾何。后來,人們把沒有歐氏第5公設的幾何,稱之為 非歐幾何 ,這是因為歐氏第5公設是歐氏幾何所必須的。
人們就是這樣的思想,這樣的堅忍不拔,這樣的前赴后繼。經過了二千一百多年的努力,到了19世紀,終于搞清楚了歐氏幾何關于第5公設的疑問,人們最終認識了 平行線公理 ,爭論也就此結束。并且,由此而誕生出了 非歐幾何 。從此,人們從一個新的高度,來觀測世界,來認識我們所處的宇宙空間。這是因為,在非歐幾何出現之前,人們普遍認為,眼前的物質世界和宇宙空間,等同于歐氏幾何。現在,19世紀非歐幾何的出現,人們改變了這一看法。所有這一切的認知與發展,最終導致了20世紀初,愛因斯坦(Einstein,德國人,公元1879 1955年)相對論的誕生。
古代中國的孔子先生(春秋魯國人,公元前551 479年),在二千五百年前的東方,建立了一所具有規模的私立學堂。這所學堂的性質,與相近時期古希臘的柏拉圖學院類似,類似之處在于,前來讀書的學生,可以是無條件的免費。可是,孔子學堂除了教授人文哲學之外,沒有自然哲學和科學。雖然師生們也善于思辨,但不完全,因為少了自然哲學和科學,不免顯得蒼白無力。因此,我以為,這是一個缺損,由于這個缺損,使得公元前西漢朝的董仲舒(公元前179 104年)有機可乘,可以輕而易舉的建立 董仲舒的儒家學說 ,漢武帝也因此可以輕而易舉的 罷黜百家,獨尊儒術 。從此,國人逐漸喪失了自先秦以來,僅剩的一點思辨能力,更不要說批判精神了。國人對于宇宙的認識,也僅局限在了 天圓地方 之中。諸子百家只剩下了儒家,況且,這個儒家還是董仲舒們的。
人文哲學與科學,是人類文明發展的兩大支柱。至于 董仲舒的儒家學說 ,乃至以后發展出來的 程朱理學 ,關于這些學問,對于國人的發展與影響,仁者見仁,智者見智。不過,我想,一個依靠其他人的貢獻的人,是挺不起胸堂的,哪怕你腰纏萬貫。
二0一二年四月


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