几何原本第五公设

古希腊数学家欧几里得的《几何原本》提出了五条公设。头四条公设分别为：

由任意一点到任意一点可作直线。

一条有限直线可以继续延长。

以任意点为心及任意的距离可以画圆。

凡直角都相等。

同一平面内一条直线a和另外两条直线b.c相交，若在a某一侧的两个内角的和小于两直角，则b.c两直线经无限延长后在该侧相交。

长期以来，数学家们发现第五公设和前四个公设比较起来，显得文字叙述冗长，而且也不那么显而易见。有些数学家还注意到欧几里得在《几何原本》一书中直到第二十九个命题中才用到，而且以后再也没有使用。也就是说，在《几何原本》中可以不依靠第五公设而推出前二十八个命题。因此，一些数学家提出，第五公设能不能不作为公设，而作为定理？能不能依靠前四个公设来证明第五公设？这就是几何发展史上最著名的，争论了长达两千多年的关于“平行线理论”的讨论。由于证明第五公设的问题始终得不到解决，人们逐渐怀疑证明的路子走的对不对？第五公设到底能不能证明？

罗巴切夫斯基几何

1820年代，俄国喀山大学教授罗巴切夫斯基在证明第五公设的过程中，他走了另一条路子。他提出了一个和欧氏平行公理相矛盾的命题，用它来代替第五公设，然后与欧氏几何的前四个公设结合成一个公理系统，展开一系列的推理。他认为如果这个系统在基础的推理现矛盾，就等于证明了第五公设。此即数学中的反证法。但是，在他极为细致深入的推理过程中，得出了一个又一个在直觉上匪夷所思，但在逻辑上毫无矛盾的命题。最后，罗巴切夫斯基得出两个重要的结论：

第一，第五公设不能被证明。

第二，在新的公理体系中展开的一连串推理，得到了一系列在逻辑上无矛盾的新的定理，并形成了新的理论。这个理论像欧氏几何一样是完善的、严密的几何学。

这种几何学被称为罗巴切夫斯基几何，简称罗氏几何。这是第一个被提出的非欧几何学。从罗氏几何学中，可以得出一个极为重要的、具有普遍意义的结论：逻辑上不矛盾的一些公理都有可能提供一种几何学。

鲍耶和高斯的贡献

几乎在罗巴切夫斯基创立非欧几何学的同时，匈牙利数学家鲍耶·雅诺什也发现了第五公设不可证明和非欧几何学的存在。鲍耶在研究非欧几何学的过程中也遭到了家庭、社会的冷漠对待。他的父亲——数学家鲍耶·法尔卡什（英语：Farkas Bolyai）认为研究第五公设是耗费精力劳而无功的蠢事，劝他放弃这种研究。但鲍耶·雅诺什坚持为发展新的几何学而辛勤工作。终于在1832年，在他的父亲的一本著作里，以附录的形式发表了研究结果。

高斯也发现第五公设不能证明，并且研究了非欧几何。但是高斯害怕这种理论会遭到当时教会力量的打击和，不敢公开发表自己的研究成果，只是在书信中向自己的朋友表示了自己的看法，也不敢站出来公开支持罗巴切夫斯基、鲍耶他们的新理论。

非欧几何分类

球面三角形

按几何特性（曲率），现存非欧几何的类型可以概括如下：

坚持第五公设，引出欧几里得几何。

以“可以引最少两条平行线”为新公设，引出罗氏几何（或称双曲面几何）。

以“一条平行线也不能引”为新公设，引出黎曼几何（或称椭圆几何）。

这三种几何学，都是常曲率空间中的几何学，分别对应曲率为0、负常数和正常数的情况。

如果完全去掉第五公设，就得到更加一般化的绝对几何。这种几何不仅可以囊括前面提到的三种几何，而且允许空间的不同位置有不同的曲率。黎曼几何是描述任意维数任意弯曲的绝对几何空间的一种微分解析几何学。

一般来讲，非欧几何有广义、狭义、通常意义三个不同含义:

广义的非欧几何：泛指一切和欧几里得几何不同的几何学；

狭义的非欧几何：只是指罗式几何或黎曼几何；

通常意义的非欧几何：指罗式几何和黎曼几何二者。

参考资料

曹亮吉.欧几里得无瑕获释？. 科学月刊 （中文）. 

洪万生.非欧几何（Non-Euclidean geometry）. 科技部高瞻自然科学教学平台. 2011-03-31 （中文）. 

张海潮.非欧几何讲稿(PDF). 数学传播. 2015-9, 39 (3): 13-29 （中文）. 

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