基礎:點、線、面與公理化方法
共有概念(common notion)
當你整理天平、在兩個盤子裡加上相同的砝碼時,你理所當然地認為兩盤仍保持平衡。這種一般性、近乎不證自明的真理——不專屬於幾何,而是關於量與相等的普遍道理——正是歐幾里得所說的共有概念(common notion)。
歐幾里得區分了兩種起始假設。公設談的是幾何作圖(畫線與畫圓);共有概念則是貫穿全書、更廣的邏輯或算術真理。他的五條通常寫成:(1)等於同量的諸量彼此相等;(2)等量加等量,其和相等;(3)等量減等量,其差相等;(4)彼此重合者相等;(5)全體大於部分。這些正是證明中處理等式的引擎。
在現代用法裡,「公設」、「公理」與「共有概念」之間的界線已經模糊——今天我們通常把所有未經證明的起始假設都叫做公理(axiom)。共有概念之所以重要,是因為它們正當化了幾何證明裡那些日常的代數動作:當你寫下「兩邊同加 AB」或「因 AB = CD 且 CD = EF,故 AB = EF」時,你正是在援引共有概念二與共有概念一。它們是被假設的,而非被證明的——這正是為何它們是大家共有的觀念,而不是我們推導出的定理。
在證明中你已知 AB = CD。你在概念上把同一段 DE 加到兩者上:由共有概念二,AB 加上(對應的一段)等於 CD 加上(對應的一段)。這正是幾乎每一個合併等長或等角的步驟背後那個無聲的依據。
共有概念正當化了公設不涵蓋的那些等量挪移。
公設是幾何性的(關於作圖),共有概念是一般性的(關於相等與量);現代課本常把兩者一律統稱為「公理」。
又稱
另見