公理基礎:希爾伯特、平行公設與嚴謹性
普萊費爾公理(Playfair's axiom)
/ PLAY-fair /
歐幾里得第五公設是一長串關於內角和小於兩直角的話。1795 年約翰.普萊費爾(John Playfair)給出一個更清爽、卻說著完全相同的事、且你能立刻在腦中成像的陳述:給定一條線與線外一點,過該點恰有一條、且僅有一條線永不與第一條線相交。一條平行線,不多不少。這個俐落的版本就是多數現代教科書所稱的「平行公設」,也是學校通常教的形式。
仔細看「恰有一條且僅有一條」。它打包了兩個分開的主張。存在性:過線外那點至少有一條平行線——這部分其實是中立幾何的定理,完全不需任何平行假設就能證出。唯一性:至多只有一條這樣的平行線——這才是真正歐氏的內容,等價於歐幾里得第五公設。整個邏輯重量壓在唯一性上。在雙曲幾何中,存在性仍成立,唯一性卻徹底失效:過線外那點有無窮多條線永不與給定線相交。所以當你削弱普萊費爾公理時,你削弱的恰是「僅」,而從不是「一」。
由於普萊費爾公理與歐幾里得第五公設互相蘊含(用中立幾何的公理,各可由另一方證出),在兩者間選擇是品味問題而非內容問題——它們從同一處把同樣的幾何切開。今日因清晰而偏好普萊費爾,但值得記住:這份方便本身是一個小定理:兩種形式的等價是你要去證的,而非你假設的。
畫一條水平線,並在其上方點一個點。普萊費爾公理說:在所有能過該點畫的線中,恰有一條永遠保持等距、永不碰到那條水平線;過該點的其他每條線終會與它相交。在雙曲幾何中,那個「恰有一條」變成「無窮多條」。
過線外一點:在歐氏中恰有一條平行線,在雙曲幾何中有無窮多條。
平行線的存在性是中立的(不靠該公設即可證);只有它的唯一性才是歐氏的部分。初學者常以為整句話都是公設,但真正的假設藏在「僅」字裡。
又称
另见