Такая разная геометрия

ли доказательство пятого постулата Евклида?
Выявить, существуют ли геометрии, отличные от

евклидовой?

“Начала” – сочинения александрийского математика Евклида.

состоит в том, что сначала формулируются основные положения (аксиомы), а

затем на их основе посредством рассуждений доказываются другие утверждения (теоремы).
Изложение геометрии Евклидом долгое время служило недосягаемым образцом точности, безукоризненности и строгости.
Только в начале 20 века математики смогли улучшить логические основания геометрии.

«Начала»

прямую;
Каждую ограниченную прямую можно продолжить неопределённо;
Из любого центра можно описать

окружность любого радиуса;
Все прямые углы равны;
И если прямая, падающая на две прямые, образует внутренние и по одну сторону углы, меньше двух прямых, то продолженные эти прямые неограниченно встретятся с той стороны, где углы меньше двух прямых

и в образуют при пересечении с третьей прямой внутренние односторонние

углы a и в, сумма величин которых меньше двух прямых углов (т.е. меньше 180°; рис. 1), то эти две прямые обязательно пересекаются, причем именно с той стороны от третьей прямой, по которую расположены углы а и в (составляющие вместе менее 180°).

ее точку можно провести не более одной параллельной прямой.

а
b
B

расстоянии 1 м друг от друга и провели через них две

прямые а и в, причем так, что а образует с прямой АВ угол а=900, а угол между прямыми в и АВ равен 89059'59" (рис. 2). Иначе говоря, сумма двух внутренних односторонних углов а и в всего на 1 угловую секунду меньше 1800.

Продолжим прямые а и в, пока они не пересекутся в точке С. В результате получится прямоугольный треугольник АВС, у которого угол А прямой, угол при вершине С равен y и составляет 1 угловую секунду. Катет АС этого треугольника имеет длину с/tg y=2,06*105. Следовательно, длина катета АС составляет приблизительно 2,06*105 м= =206 км (на самом деле немного больше).

расчетах). Но проверить, что указанные выше прямые а и в

пересекаются на расстоянии 206 км от прямой АВ, совсем не просто. Ведь изготовить плоский лист бумаги и линейку более 200 км не представляется возможным. Использовать оптические приборы? Но тогда надо добавить еще один постулат: свет распространяется по прямой (а это уже не геометрия, а физика). А если сумма углов а и в отличается от 180° еще менее чем на 1 угловую секунду?!

Пятый постулат Евклида не так уж прост и убедителен.

что очень многие математики, жившие после Евклида, стремились заменить аксиому

о параллельных прямых более простой, интуитивно ясной, либо доказать ее как теорему, опираясь на другие аксиомы "Начал". Шла подлинная затяжная "война" математиков с пятым постулатом. Многие ученые, жившие в разные века в различных странах, приняли в ней участие, но особенно далеко продвинулись "в сражениях" Саккери Сложность формулировки пятого постулата и его неубедительность привели к тому, что очень многие математики, жившие после Евклида, стремились заменить аксиому о параллельных прямых более простой, интуитивно ясной, либо доказать ее как теорему, опираясь на другие аксиомы "Начал". Шла подлинная затяжная "война" математиков с пятым постулатом. Многие ученые, жившие в разные века в различных странах, приняли в ней участие, но особенно далеко продвинулись "в сражениях" Саккери, Лежандр Сложность формулировки пятого постулата и его неубедительность привели к тому, что очень многие математики, жившие после Евклида, стремились заменить аксиому о параллельных прямых более простой, интуитивно ясной, либо доказать ее как теорему, опираясь на другие аксиомы "Начал". Шла подлинная затяжная "война" математиков с пятым постулатом. Многие ученые, жившие в разные века в различных странах, приняли в ней участие, но особенно далеко продвинулись "в сражениях" Саккери, Лежандр, Гаусс Сложность формулировки пятого постулата и его неубедительность привели к тому, что очень многие математики, жившие после Евклида, стремились заменить аксиому о параллельных прямых более простой, интуитивно ясной, либо доказать ее как теорему, опираясь на другие аксиомы "Начал". Шла подлинная затяжная "война" математиков с пятым постулатом. Многие ученые, жившие в разные века в различных странах, приняли в ней участие, но особенно далеко продвинулись "в сражениях" Саккери, Лежандр, Гаусс, Больяй Сложность формулировки пятого постулата и его неубедительность привели к тому, что очень многие математики, жившие после Евклида, стремились заменить аксиому о параллельных прямых более простой, интуитивно ясной, либо доказать ее как теорему, опираясь на другие аксиомы "Начал". Шла подлинная затяжная "война" математиков с пятым постулатом. Многие ученые, жившие в разные века в различных странах, приняли в ней участие, но особенно далеко продвинулись "в сражениях" Саккери, Лежандр, Гаусс, Больяй, и Лобачевский.

в то время как другие постулаты считались совершенно очевидными, очевидность

пятого постулата оспаривалась. Много веков усилия большого числа ученых были направлены на доказательство пятого постулата. Это объяснялось тем, что число аксиом стремились свести к минимуму.
Ученые думали, что пятый постулат можно доказать как теорему, опираясь на остальные. Многие геометры пытались обойти его, заменяя пятый постулат другим, казавшимся более очевидным. На этом пути было сформулировано много положений, но все они были эквивалентны пятому постулату Евклида.

одна и та же,
через любую точку внутри угла можно

провести секущую, пересекающую обе стороны угла,
существуют два подобных, но не равных треугольника,
теорема Пифагора,
для всякого треугольника существует описанная окружность и др.

мысль о невозможности доказать пятый постулат. Допустив, что пятый постулат

неверен, математики пытались прийти к логическому противоречию. Они приходили к утверждениям, противоречащим нашей геометрической интуиции, но логического противоречия не получалось.

противоречию?

отрицанием, мы придём к новой неевклидовой геометрии, которая во многом

не согласуется с нашими привычными наглядными представлениями, но, тем не менее не содержит никаких логических противоречий?

другим, прямо противоположным по смыслу: “Через точку А вне прямой

а в плоскости, определяемой точкой А и прямой а, проходит по крайней мере две прямые с и в не имеющие общей точки с прямой а”.

быть бесконечное количество.
Доказывая много десятков теорем, не обнаруживая логических

противоречий, Лобачевскому пришла в голову догадка о непротиворечивости такой геометрии, он назвал её воображаемой.
В геометрии Лобачевского сохраняются все теоремы, которые в евклидовой геометрии можно доказать без использования пятого постулата.

данной точки можно опустить на данную прямую только один перпендикуляр

и др.

углов треугольника готовит первый “сюрприз”: в геометрии Лобачевского сумма углов

любого треугольника меньше 180°. Разность между 180° и суммой углов треугольника положительна и называется дефектом (D) этого треугольника. Формула для площади треугольника S=k*D, то есть площадь связана с его дефектом. Самую большую площадь имеет треугольник с нулевыми углами, а его стороны имеют бесконечную длину

геометрии Лобачевского не существует подобных фигур.
Если углы одного треугольника

равны соответственно углам другого треугольника, то эти треугольники равны.
Геометрическое место точек, находящихся на данном расстоянии от данной прямой и лежащих по одну сторону есть кривая линия, которая называется эквидистантой.

либо пересекаются в одной точке, либо параллельны, либо являются расходящимися

следующим этапом развития геометрии стала эллиптическая геометрия Римана. Риман исходил

из того, что через точку, не лежащую на данной прямой, вообще нельзя провести прямую, не пересекающую данную.

сумма углов прямолинейного треугольника больше 180°;
прямая имеет конечную длину,

плоскость – конечную площадь и др.

в свою очередь частными случаями общей геометрии Римана для многомерных

искривлённых пространств.

в начале 20 века, как гром среди ясного неба Эйнштейн

создаёт теорию относительности, частным случаем которой является теория тяготения Ньютона.
Оказалось, что взаимосвязь пространства и времени, описываемая в теории относительности, имеет непосредственное отношение к геометрии Лобачевского.
Например, в расчетах современных синхрофазотронов используются формулы геометрии Лобачевского.

как мы думали трёхмерное евклидово пространство на самом деле таковым

не является.
А живём мы в четырёхмерном искривлённом пространстве-времени, которое описывается общей геометрией Римана.
Тяготение на самом деле результат искривления пространства вблизи массивных тел.
Следствием этого является замедление времени вблизи тяжелых тел, кратчайшее расстояние между точками не прямая, а некоторая кривая и др.

Параметры орбиты Меркурия, самой близкой к Солнцу планеты не укладывались

в теорию тяготения Ньютона, а теория относительности смогла это объяснить искривлением пространства вблизи Солнца.

тел, а в повседневной жизни на нашей планете мы можем

с успехом пользоваться геометрией Евклида и механикой Ньютона с большой точностью, так как нелинейные поправки на кривизну пространства ничтожно малы.

определенный порог, то расширение сменится сжатием, то есть пространство будет

искривлено таким образом, что луч света, однажды покинув одну точку, вернется обратно, а это значит, мы живем в мире эллиптической геометрии Римана. Если массы не хватит, то вселенная будет расширяться неограниченно, а значит, мы живем в мире гиперболической геометрии Лобачевского

четвертый угол ф тупой, Саккери отверг при помощи строгого рассуждения.

Однако доказать, что и гипотеза острого угла неверна, ни сам Саккери, ни его последователи не смогли. Неприступная "крепость" пятого постулата осталась непокоренной.

Итальянец Саккери рассматривал четырехугольник с тремя прямыми углами (рис. 3). Четвертый угол (обозначим его через ф) мог оказаться прямым, тупым или острым. Саккери установил, что гипотеза прямого угла, т.е. утверждение о том, что четвертый угол ф всегда равен 900, позволяет доказать пятый постулат. Иначе говоря, гипотеза прямого угла представляет собой новую аксиому, эквивалентную пятому постулату.

книги, посвященной евклидовой геометрии, приводил рассуждение, в котором, по его

мнению, доказывался пятый постулат.
Но неизменно в следующем издании автор, признавая, что в его рассуждении использовалось некое утверждение (не сформулированное им явно) - "очевидное", но в действительности представлявшее собой новую аксиому, эквивалентную пятому постулату.
Ни одна из попыток Лежандра не привела к успеху.

надеялся доказать пятый постулат, но затем пришел к мысли о

построении новой геометрии, которую назвал неевклидовой.
В 1817 г. в одном из писем признался: "Я прихожу все более к убеждению, что необходимость нашей геометрии не может быть доказана". Но обнародовать эти идеи он не решился из боязни быть непонятым.

Гаусс не опубликовал ни один из своих результатов, хотя из его писем и личных бумаг видно, что он разработал основные положения неевклидовой геометрии.

математик Янош Больяй (1802 - 1860). В отличие от Гаусса

он стремился распространить свои идеи, но большинство математиков тогда еще не были готовы их воспринять.

Результаты Яноша Больяя были сжато изложены в 1832 г. в приложении книге его отца, Фаркаша Больяя. Труд Я. Больяя "Приложение, содержащее науку о пространстве, абсолютно истинную, не зависящую от истинности или ложности XI аксиомы Евклида (что a priori никогда решено быть не может)" обычно кратко называют "Аппендикс" (от лат. "приложение").

что задача о параллельных прямых представляет собой "трудность, до сих

пор непобедимую, но между тем заключающую в себе истины ощутительные, вне всякого сомнения, и столь важные для целей науки, что никак не могут быть обойдены".