然而,這種思維在定義點、線、面時會產生問題。 畢竟,如果給你一個點/線/面,你就不能直接用它做任何事情。 如果單獨放置一個點/線/面,它實際上會做什么? 不。堅持這個想法你會得到類似“點沒有長度”/“直線是只有長度的物體,可以在同一方向上無限延伸”或“直線是由點向同一方向的運動。“軌跡”純粹是修辭性的描述。
此時你會覺得有些奇怪:但這不對啊! 如果點/線/面什么都不是,那么我們在幾何學中做什么? 幾何命題當然不是純粹修辭意義上的結果。 仔細回顧一下,我們在幾何中討論的命題實際上是點/線/面之間的關系。 例如,我們需要在推理中要求
通過兩個不同的點,只有一條直線。
或要求
通過直線外一點,存在且只有一條與已知直線平行的直線。
我們的推理是通過這些所謂的公理來促進的。 這些公理實際上描述了點/線/面之間的關系。 那么可以考慮的一個解決方案就是指定點/線/面之間的關系。 確定“點/線/面”代表什么。 也就是說,通過“調用相互關系R(A,B)、R(B,C)、R(C,A)(某一類型)滿足屬性P的對象實現A、B的定義什么叫一條線段, C”。 您可以看到,這無非是對原始解決方案的概括。
我們現在需要描述點/線/面之間的關系,例如“一點在一條直線上”/“兩條直線相交于一點”。 這時,幾何公理告訴我們這些關系滿足什么性質,比如“通過不同的兩點,存在且只有一條直線”等等。所以我們可以對點/線/面進行封裝和定義以及它們之間的關系,類似于以下方式:
幾何系統由以下部分組成:對象為A、B、C,關系為R(A,B)、R(B,C)、R(C,A),使得這些關系滿足一系列公理P1 ,P2什么叫一條線段,...,Pn。
在幾何學中,這個框架被實現為幾何公理系統:希爾伯特公理_百度百科,'s。
當然,有了這樣的定義之后,還需要驗證這個定義是否良好,即公理之間的兼容性等(保證公理之間不互相矛盾)。 本系列內容可參見《The of》(有中譯本《希爾伯特幾何基礎》)。
這個時候,很多讀者可能還是一頭霧水:說了這么多,你還沒告訴我什么是點/線/面呢!
這是一個很常見的問題。 而我實在無法告訴你什么是“點/線/面”。 一個原因是你定義的時候一層層往回走,總有一些原來的概念很難理解。 這是通過直接告訴您它是什么來實現的。 我們在數學中所做的就是告訴你這些概念之間的關系是什么。 有了概念之間的關系,就可以完成推理。 本質上,對象本身“是什么”其實并不那么重要,重要的是它們之間的關系。 對于數學家來說,你把“空氣”/“土地”/“水”當作“點”/“線”/“面”也沒有問題(大概),只要推理規則不變,數學大廈本身沒有影響。
當然,并不是所有人都支持關于數學基礎的形式主義。 還有人對數學基礎提出了直覺主義等觀點。 然而,這可能不是一個數學問題(而是一個數學哲學問題)。 現在,我選擇不談論這個問題。
(PS我開始刷屏,中途點了提交,尷尬了。)