Cao Yi

凭什么它才是公理 Axioms

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本文不区分公理和公设。公理是推理的最初依据,无论我们相信不相信它,都在技术上把它作为的,并据此展开推理。

两个例子

1. 平行

初中生一开始学习平面几何时,会遇到一些疑惑。比如判定两直线平行,可以用多种条件去判断:

  1. 同位角相等
  2. 内错角相等
  3. 同旁内角互补
  4. 外错角相等
  5. 同旁外角互补

在人教版教材中,“同位角相等”的判定规则是公理,其余都是它的推论。但是,其实上述五种判定规则,是可以相互推导的。凭什么1是公理,其他不是呢?

欧几里得基本公理(公设)里有:

公设5:同平面内一条直线和另外两条直线相交,若在某一侧的两个内角和小于二直角的和,则这二直线经无限延长后在这一侧相交。(Ref)

这一条一般称为平行公理(公设)(Ref)和“同旁外角互补”接近。

2. 全等三角形

再举一个例子。

判定三角形全等,有如下方法:

  1. SAS
  2. SSS
  3. ASA

以上三个,只要一个成立,另外都成立。

在人教版教材中,1和2被成为“基本事实”,其实也就是变相地作为公理来用。

希尔伯特公理提到

若在三角形 ABC 与 A’B’C’ 中有 AB ≅ A’B’、AC ≅ A’C’、∠BAC ≅ ∠B’A’C’,那么可以得到 ∠ABC ≅ ∠A’B’C’(替换字母即可知 ∠ACB ≅ ∠A’C’B’ 亦成立)。

这一条和SAS比较相关。

为何是它

可见在不同的理论体系里,认可的公理是有差异的。人教版教材设定的公理,是为了方便教学,而欧几里得和希尔伯特更多考虑理论的逻辑自洽和简单。不过,它们都是相容的。

《给讨厌数学的人》中提到

数学公理并不是绝对真理,只是假设。

对的,数学大厦是建立在一些基本假设之上。既然是假设,就可能有不同的假设,正如前面对公理选择的不一样。


其他参考