基礎:點、線、面與公理化方法
直線(line)
想像在兩根遙遠的柱子之間拉緊的一條繩子,或把紙攤平對折時留下的那道摺痕:筆直,而且在幾何學家的腦海裡,朝兩個方向永無止盡地延伸。直線就是把這個想法變得精確:它是直的,有長度卻沒有寬度,而且無限延伸。
和點一樣,歐氏幾何中的直線是不加定義的原始名詞,靠公理而非定義來確定。關鍵公理是:過任意兩相異點恰有一條直線通過;一條直線含有無限多個點且無界地延伸。我們用直線上任兩點加雙箭頭來命名,寫成直線 AB,或用單一小寫字母如 l。直線是一維的:一旦固定起點與單位,只需一個數就能說出你在線上的位置——這正是直尺公理(ruler postulate)所精確化的內容。
要小心區分三個近親。直線沒有端點、永遠延伸;射線(如射線 AB)有一個端點、只朝一個方向延伸;線段(AB)有兩個端點、長度有限。日常口語裡說「線」時常常指的是線段,但在證明中這個區別很要緊:「直線 AB」和「線段 AB」並不是同一個物件。
兩相異點 A 與 B 恰好決定唯一的一條直線。若你試著再畫一條同時通過 A 與 B 的直線,會發現它正好疊在第一條上——根本沒有空間容得下不同的另一條。
兩點確定一直線:存在性與唯一性兼具。
在幾何中「直線」一律指完整的無限直線;你在紙上畫的只是它有限的替身。把「線段」與「射線」留給有界的版本。
又称
另见