基礎:點、線、面與公理化方法
直尺公設(the ruler postulate)
把尺沿著一條邊擺好,你就能用它所碰到的數字替每個位置命名,而兩個位置之間的長度就是那兩個數字之差。直尺公設正是這個日常動作恆能成立的正式保證:每一條直線都能被變成一條數線。
此公設陳述:任一直線上的點都可與實數建立一一對應,使每一點 P 對應到一個稱為它座標的實數,而兩點之間的距離等於它們座標之差的絕對值:若 A 的座標為 a、B 的座標為 b,則 AB = |a - b|。你可以自由選擇 0 放在哪裡、哪個方向算正向;不論怎麼選,距離都算出相同的值。實際上,這條公設等於替每一條直線發了一把捲尺。
別看它不起眼,直尺公設是讓我們得以測量的根本基礎。由它推出長度的意義、「介於」的意義(B 介於 A 與 C 之間,恰當 AB + BC = AC)、中點的意義(座標平均處的那一點)以及線段全等。歐幾里得並沒有這樣一條明確的公設——他的《幾何原本》以幾何方式處理長度、並仰賴圖形——而補上這樣一條測量公理,正是後來的數學家(尤其是 Birkhoff 與學校幾何的傳統)讓基礎滴水不漏的方式之一。
在一條直線上設 A、B、C 的座標為 -3、1、6。則 AB = |1 - (-3)| = 4,BC = |6 - 1| = 5,AC = |6 - (-3)| = 9。因 4 + 5 = 9,故 B 介於 A 與 C 之間——這一切都直接從直尺公設所保證的座標讀出。
直線上的座標把距離化為減法:AB = |a - b|。
歐幾里得並無明確的測量公設;直尺公設是現代的補充(Birkhoff、學校幾何),讓長度與距離從一開始就嚴謹起來。
又稱
另見