5.第五公設(shè)

同平面內(nèi)喇嘱,一條直線和另外兩條直線相交簸搞,若在某一側(cè)的兩個內(nèi)角和小于兩個直角的和,則這二直線(經(jīng)無限延長后)在這一側(cè)相交准潭。

這個公設(shè)直接說的是趁俊,在何種情況下,兩直線會相交刑然。但并直接沒有說寺擂,在何種情況下,兩直線不相交泼掠。

而它的逆反命題是與之等價的怔软,逆反命題是:
在同平面內(nèi),一條直線和另外兩直線相交择镇,若二直線在這一側(cè)不相交挡逼,那么,這一側(cè)的兩個內(nèi)角和大于或等于兩個直角腻豌。

同樣家坎,只說了一側(cè)不相交的情況,并沒有提到“平行”吝梅。

平行線的存在性虱疏,是由外角定理決定的。

內(nèi)錯角可以看做“一個三角形的外角”苏携,內(nèi)錯角相等的時候做瞪,沒有辦法構(gòu)成三角形。假如內(nèi)錯角相等兜叨,依然構(gòu)成三角形穿扳,那么衩侥,立刻得到的結(jié)論是:三角形的一個外角等于它的內(nèi)對角国旷。這同外角定理矛盾。

因此茫死,內(nèi)錯角相等跪但,在第一直線的兩側(cè)都不能構(gòu)成三角形。也就是在兩側(cè)都不相交峦萎。那么屡久,兩直線是平行的。

外角定理蘊含“內(nèi)錯角相等爱榔,兩直線平行”的命題被环。
也就蘊含“同旁內(nèi)角互補,兩直線平行”的命題详幽。

那么筛欢,同旁內(nèi)角不互補浸锨,情況會怎樣?外角定理沒有指出版姑。而第五公設(shè)則專門指出柱搜,同旁內(nèi)角不互補,必然有一側(cè)的和小于兩個直角剥险,直線會在這一側(cè)相交聪蘸。

“不互補,就相交”是“互補表制,不相交”的否命題健爬。否命題不是原命題的等價命題,并非總是成立么介。

“平行浑劳,則互補”是“互補,則平行”的逆命題夭拌。逆命題也并非等價命題魔熏,并非總成立。

第五公設(shè)鸽扁,就是專門針對外角定理的逆命題來說蒜绽,或者說是針對外角定理的否命題來說。不等同于外角定理桶现。

最關(guān)鍵的躲雅,第五公設(shè)是不可證明的。

可以用其它命題代替骡和,或者說“等價”相赁,但不可證明,也不可卻或慰于。

用來代替第五公設(shè)的命題是平行公理钮科,“經(jīng)過直線外一點,最多可作一直線平行于已知直線婆赠∶喔”

有時會用到外角定理的推論,把兩者合并起來說休里,“經(jīng)過直線外一點蛆挫,有且僅有一條直線平行于已知直線∶钍颍”這樣的說法叫做Playfair公理悴侵。

總之,第五公設(shè)/平行公理/Playfair公理最厲害的地方不在于指出“過直線外一點拭嫁,平行線是存在的”可免,指出“存在性”的是外角定理筒繁。

第五公設(shè)/平行公理/Playfiar公理最厲害的地方在于,規(guī)定巴元,“過直線外一點毡咏,平行于已知直線的線,不多于一條逮刨∨荤裕”

過直線外一點,作直線平行于已知直線修己。

這種直線
既存在恢总,又不多于一。那么睬愤,就只能是:“有且僅有一條”片仿。

因為是公設(shè),所以尤辱,第五公設(shè)不需要證明砂豌。

公設(shè)和公理的含義一樣,表示最直觀的事實光督,是不需要證明的阳距,同時也是無法證明的。

除了平行公理结借、Playfair公理以外筐摘,
第五公設(shè)有還有許多等價命題。歷史上船老,許多試圖證明第五公設(shè)的嘗試咖熟,都有意或無意的使用了它們。包括:

  • 勾股定理
  • 三角形內(nèi)角和定理(輔以阿基米德公理)
  • 圓內(nèi)接正六邊形邊長等于半徑長
  • 撒氏四邊形的上底等于下底
  • 三角形的中位線等于底邊的一半
  • 存在相似但不全等的三角形
  • 存在四個角都是直角的四邊形
  • 可對任意三角形作外接圓
  • 過角內(nèi)一點柳畔,總能作直線與角的兩邊都相交
  • 每個三角形的內(nèi)角和都相同

等等馍管。

既然有如此多的命題等價于第五公設(shè),就表明了荸镊,在歐氏幾何中咽斧,第五公設(shè)是不可缺的堪置。

用三個字概括第五公設(shè)躬存,可以叫作“小則交”。這個公設(shè)的地位非同一般舀锨。在實際證明其它問題的時候岭洲,當(dāng)然可以直接使用。歐氏幾何坎匿,廣泛使用平行線的性質(zhì)盾剩。

第五公設(shè)是神奇的雷激。由于歷史上人們對第五公設(shè)的研究,導(dǎo)致了新的幾何學(xué)誕生告私。

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