几何原本.ppt
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数学中最古老的一门分科。
据说是起源于古埃及尼罗河泛滥后为整修土地而产生的测量法,它的外国语名称geometry就是由geo(土地)与metry(测量)组成的。
泰勒斯曾经利用两三角形的等同性质,做了间接的测量工作;毕达哥拉斯学派则以勾股定理等著名。
在中国古代早有勾股测量,汉朝人撰写的《周髀算经》的第一章叙述了西周开国时期(约公元前1000)周公姬旦同商高的问答,讨论用矩测量的方法,得出了著名的勾股定律,并举出了“勾三、股四、弦五”的例子。
在埃及产生的几何学传到希腊,然后逐步发展起来而变为理论的数学。
哲学家柏拉图(公元前429~前348)对几何学作了深奥的探讨,确立起今天几何学中的定义、公设、公理、定理等概念,而且树立了哲学与数学中的分析法与综合法的概念。
此外,梅内克缪斯(约公元前340)已经有了圆锥曲线的概念。
希腊文化以柏拉图学派的时代为顶峰,以后逐渐衰落,而埃及的亚历山大学派则渐渐繁荣起来,它长时间成了文化的中心。
欧几里得把至希腊时代为止所得到的数学知识集其大成,编成十三卷的《几何原本》,这就是直到今天仍广泛地作为几何学的教科书使用下来的欧几里得几何学(简称欧氏几何)。
于1606年翻译了《几何原本》前六卷,至1847年才把其余七卷译完。
“几何”与其说是geo的音译,毋宁解释为“大小”较为妥当。
诚然,现代几何学是有关图形的一门数学分科,但是在希腊时代则代表了数学的全部。
欧几里得在《几何原本》中首先叙述了一些定义,然后提出五个公设和五个公理。
其中第五公设尤为著名:如果两直线和第三直线相交而且在同一侧所构成的两个同侧内角之和小于二直角,那么这两直线向这一侧适当延长后一定相交。
《几何原本》中的公理系统虽然不能说是那么完备,但它恰恰成了现代几何学基础论的先驱。
直到19世纪末,才建立了严密的欧氏几何公理体系。
第五公设和其余公设相比较,内容显得复杂,于是引起后来人们的注意,但用其余公设来推导它的企图,都失败了。
第五讲《几何原本》和《九章算术》在早期的数学中,我们可以看到两种不同的也是基本的数学思想的体现:演绎的公理化体系和构造的算法体系。
《几何原本》和《九章算术》就是这两种思想的代表。
一、《几何原本》《几何原本》是历史上最早建立的演绎的公理化的体系。
演绎的公理化体系是从有限的不加证明公理和定义出发,通过严格的逻辑推理推演出所有其他命题的一个有序的理论整体。
约公元前300 年,古希腊数学家欧几里得(Eucild )将希腊当时最为发达的数学--- 几何用公理化的思想和严格的演绎推理的逻辑方法整理在一个体系之中,形成了《几何原本》这本书。
《几何原本》的原名为《原本》(“ Elements” ),17 世纪初,翻译成中文时冠以《几何原本》沿用至今。
《几何原本》中的素材并非是欧几里得所独创,它是对欧几里得之前希腊数学的一个总结。
欧几里得《几何原本》的出现,是数学史上一个伟大的里程碑,它不仅是几何学建立的标志,同时也是公理体系在具体学科中应用成功的标志。
(一)《几何原本》的基本内容欧几里得的《几何原本》全书共十三卷,总共有475 个命题(包括 5 个公设(Postulate )和 5 个公理(Axiom ))。
除几何外,还包括初等数论,比例理论等内容。
第一篇有5个公设、5个公理和48 个命题,讨论全等形,平行线,毕达哥拉斯(Pythagoras )定理,初等作图法,等价形(有等面积的图形)和平行四边形。
所有图形都是由直线段组成的。
欧几里得在这篇中给出了23 个定义提出了点、线、面、圆和平行线等概念。
接着是五个公设:(I)从任意一点到任意一点可作直线。
(II )有限直线可以继续延长。
(III )以任意一点为中心及任意的距离(为半径)可以画圆。
(IV )所有直角都相等。
(V )同一平面内一条直线和另外两条直线相交,若在某一侧的两个内角的和小于两直角,则这两直线经无限延长后在这一侧相交。
其中第五个公设称为欧几里得平行公设,简称第五公设。
第一节几何原本中关于定义、公理和共设几何原本的定义1. 点是没有部分的2.线只有长度而没有宽度3.一线的两端是点4.直线是它上面的点一样地平放着的线5.面只有长度和宽度6.面的边缘是线7.平面是它上面的线一样地平放着的面8. 平面角是在一平面内但不在一条直线上的两条相交线相互的倾斜度.9. 当包含角的两条线都是直线时,这个角叫做直线角.10. 当一条直线和另一条直线交成邻角彼此相等时,这些角的每一个叫做直角,而且称这一条直线垂直于另一条直线。
11. 大于直角的角叫钝角。
12. 小于直角的角叫锐角13. 边界是物体的边缘14. 图形是一个边界或者几个边界所围成的15. 圆:由一条线包围着的平面图形,其内有一点与这条线上任何一个点所连成的线段都相等。
16. 这个点(指定义15中提到的那个点)叫做圆心。
17. 圆的直径是任意一条经过圆心的直线在两个方向被圆截得的线段,且把圆二等分。
18.半圆是直径与被它切割的圆弧所围成的图形,半圆的圆心与原圆心相同。
(暂无注释,可能是接着17的)19.直线形是由线段围成的,三边形是由三条线段围成的,四边形是由四条线围成的,多边形是由四条以上线段围成的。
20.在三边形中,三条边相等的,叫做等边三角形;只有两条边相等的,叫做等腰三角形;各边不等的,叫做不等边三角形.21.此外,在三边形中,有一角是直角的,叫做直角三角形;有一个角是钝角的,叫做钝角三角形;有三个角是锐角的,叫做锐角三角形。
22.在四边形中,四边相等且四个角是直角的,叫做正方形;角是直角,但四边不全相等的,叫做长方形;四边相等,但角不是直角的,叫做菱形;对角相等且对边相等,但边不全相等且角不是直角的,叫做斜方形;其余的四边形叫做不规则四边形.23.平行直线是在同一个平面内向两端无限延长不能相交的直线.五条公理1.等于同量的量彼此相等;2.等量加等量,其和相等;3.等量减等量,其差相等;4.彼此能重合的物体是全等的;5.整体大于部分。
《几何原本》第一卷《》23条定义1、点是没有部分的2、线只有长度而没有宽度3、一线的两端是点4、直线是它上面的点一样地平放着的线5、面只有长度和宽度6、面的边缘是线7、平面是它上面的线一样地平放着的面8、平面角是在一平面内但不在一条直线上的两条相交线相互的倾斜度.9、当包含角的两条线都是直线时,这个角叫做直线角.10、当一条直线和另一条直线交成邻角彼此相等时,这些角的每一个叫做直角,而且称这一条直线垂直于另一条直线。
11、大于直角的角叫钝角。
12、小于直角的角叫锐角13、边界是物体的边缘14、图形是一个边界或者几个边界所围成的15、圆:由一条线包围着的平面图形,其内有一点与这条线上任何一个点所连成的线段都相等。
16、这个点(指定义15中提到的那个点)叫做圆心。
17、圆的直径是任意一条经过圆心的直线在两个方向被圆截得的线段,且把圆二等分。
18、半圆是直径与被它切割的圆弧所围成的图形,半圆的圆心与原圆心相同。
(暂无注释,可能是接着17的)19、直线形是由线段围成的,三边形是由三条线段围成的,四边形是由四条线围成的,多边形是由四条以上线段围成的。
20、在三边形中,三条边相等的,叫做等边三角形;只有两条边相等的,叫做等腰三角形;各边不等的,叫做不等边三角形.21、此外,在三边形中,有一角是直角的,叫做直角三角形;有一个角是钝角的,叫做钝角三角形;有三个角是锐角的,叫做锐角三角形。
22、在四边形中,四边相等且四个角是直角的,叫做正方形;角是直角,但四边不全相等的,叫做长方形;四边相等,但角不是直角的,叫做菱形;对角相等且对边相等,但边不全相等且角不是直角的,叫做斜方形;其余的四边形叫做不规则四边形.23、平行直线是在同一个平面内向两端无限延长不能相交的直线.五条1、等于同量的量彼此相等;2、等量加等量,其和相等;3、等量减等量,其差相等;4、彼此能重合的物体是全等的;5、整体大于部分。
五条公设1、过两点能作且只能作一;2、(有限直线)可以无限地延长;3、以任一点为圆心,任意长为半径,可作一圆;4、凡是直角都相等;5、同平面内一条直线和另外两条直线相交,若在直线同侧的两个内角之和小于180°,则这两条直线经无限延长后在这一侧一定相交。
《几何原本》欧几里得的《几何原本》共有十三卷,其中第一卷讲三角形全等的条件,三角形边和角的大小关系,平行线理论,三角形和多角形等积(面积相等)的条件;第二卷讲如何把三角形变成等积的正方形;第三卷讲圆;第四卷讨论内接和外切多边形;第六卷讲相似多边形理论;第五、第七、第八、第九、第十卷讲述比例和算术得里论;最后讲述立体几何的内容。
从这些内容可以看出,目前属于中学课程里的初等几何的主要内容已经完全包含在《几何原本》里了。
因此长期以来,人们都认为《几何原本》是两千多年来传播几何知识的标准教科书。
属于《几何原本》内容的几何学,人们把它叫做欧几里得几何学,或简称为欧式几何。
《几何原本》最主要的特色是建立了比较严格的几何体系,在这个体系中有四方面主要内容,定义、公理、公设、命题(包括作图和定理)。
《几何原本》第一卷列有23个定义,5条公理,5条公设。
(其中最后一条公设就是著名的平行公设,或者叫做第五公设。
它引发了几何史上最著名的长达两千多年的关于“平行线理论”的讨论,并最终诞生了非欧几何。
)这些定义、公理、公设就是《几何原本》全书的基础。
全书以这些定义、公理、公设为依据逻辑地展开他的各个部分的。
比如后面出现的每一个定理都写明什么是已知、什么是求证。
都要根据前面的定义、公理、定理进行逻辑推理给予仔细证明。
关于几何论证的方法,欧几里得提出了分析法、综合法和归谬法。
所谓分析法就是先假设所要求的已经得到了,分析这时候成立的条件,由此达到证明的步骤;综合法是从以前证明过的事实开始,逐步的导出要证明的事项;归谬法是在保留命题的假设下,否定结论,从结论的反面出发,由此导出和已证明过的事实相矛盾或和已知条件相矛盾的结果,从而证实原来命题的结论是正确的,也称作反证法。
欧几里得《几何原本》的诞生在几何学发展的历史中具有重要意义。
它标志着几何学已成为一个有着比较严密的理论系统和科学方法的学科。
从欧几里得发表《几何原本》到现在,已经过去了两千多年,尽管科学技术日新月异,但是欧几里得几何学仍旧是中学生学习数学基础知识的好教材。