希爾伯特公理

1899年德國希爾伯特提出的公理

完整的歐幾里得幾何公理,是德國數學家希爾伯特(Hilbert,1862—1943)於公元1899年首先提出的.其內容是:基本概念(原始概念):(1)基本對象:點;直線;平面.(2)基本關係:點在直線上,點在平面上(屬於、通過、……均為在……上的同義語);一點在另兩點之間;線段合同,角合同.

公理Ⅰ結合公理


Ⅰ1對於任意兩個不同的點A、B,存在著直線a通過每個點A、B.
Ⅰ2對於任意兩個不同的點A、B,至多存在著一條直線通過每個點A、B.
Ⅰ3在每條直線上至少有兩個點;至少存在著三個點不在一條直線上.
Ⅰ4對於不在一條直線上的任意三個點A、B、C,存在著平面α通過每個點A、B、C.在每個平面上至少有一個點.
Ⅰ5對於不在一條直線上的任意三個點A、B、C,至多有一個平面通過每個點A、B、C.
Ⅰ6如果直線a上的兩個點A、B在平面α上,那麼直線a上的每個點都在平面α上.
Ⅰ7如果兩個平面α、β有公共點A,那麼至少還有另一公共點B.
Ⅰ8至少存在著四個點不在一個平面上.

公理Ⅱ順序公理


Ⅱ1如果點B在點A和點C之間,那麼A、B、C是一條直線上的不同的三點,且B也在C、A之間.
Ⅱ2對於任意兩點A和B,直線AB上至少有一點C,使得B在A、C之間.
Ⅱ3在一條直線上的任意三點中,至多有一點在其餘兩點之間.
Ⅱ4設A、B、C是不在一條直線上的三個點;直線a在平面ABC上但不通過A、B、C中任一點;如果a通過線段AB的一個內點,(①線段AB的內點即A、B之間的點. )那麼a也必通過AC或BC的一個內點(巴士(Pasch,1843—1930)公理).

公理Ⅲ合同公理


Ⅲ1如果A、B是直線a上兩點,A′是直線a或另一條直線a′上的一點,那麼在a或a′上點A′的某一側必有且只有一點B′,使得A′B′≡AB.又,AB≡BA.
Ⅲ2如果兩線段都合同於第三線段,這兩線段也合同.
Ⅲ3設AB、BC是直線a上的兩線段且無公共的內點;A′B′、B′C′是a或另一直線a′上的兩線段,也無公共的內點.如果AB≡A′B′,BC≡B′C′,那麼AC≡A′C′.
Ⅲ4設平面α上給定∠(h,k),在α或另一平面α′上給定直線a′和a′所確定的某一側,如果h′是α′上以點O′為端點的射線,那麼必有且只有一條以O′為端點的射線k′存在,使得∠(h′,k′)≡∠(h,k).
Ⅲ5設A、B、C是不在一條直線上的三點,A′、B′、C′也是不在一條直線上的三點,如果AB≡A′B′,AC≡A′C′,∠BAC≡∠B′A′C′,那麼∠ABC≡∠A′B′C′,∠ACB≡∠A′C′B′.

公理Ⅳ平行公理


過定直線外一點,至多有一條直線與該直線平行.

公理Ⅴ連續公理


Ⅴ1如果AB和CD是任意兩線段,那麼以A為端點的射線AB上,必有這樣的有限個點A1,A2,…,An,使得線段AA1,A1A2,…,An-1An都和線段CD合同,而且B在An-1和An之間(阿基米德公理).
Ⅴ2一直線上的點集在保持公理Ⅰ1,Ⅰ2,Ⅱ,Ⅲ1,Ⅴ1的條件下,不可能再行擴充.
注1.有些《幾何基礎》書中,常以康托(Cantor,1845—1918)
公理代替上述的Ⅴ2:
“一條直線上如果有線段的無窮序列A1B1,A2B2,A3B3,…,其中每一線段都在前一線段的內部,且對於任何線段PQ總有一個n存在,使得AnBn
注2.也有的書中,用與V1,V2等價的戴德金(Dedekind,1831—1916)公理作為連續公理:
“如果線段AB及其內部的所有點能分為有下列性質的兩類:
(1)每點恰屬一類;A屬於第一類,B屬於第二類;
(2)第一類中異於A的每個點在A和第二類點之間.
那麼,必有一點C,使A、C間的點都屬於第一類,而C、B間的點都屬於第二類.”
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