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平行線與平行線相交定理

生活 更新时间:2025-02-10 11:49:49

我們中學時所學習到的平面幾何,可以說都屬于歐式幾何。其中平行線的定義包括三個基本特征:1.在同一平面内2.兩條直線,3.不相交。

而關于直線的定義是,在二維平面上的兩個點之間有且隻有一條直線,也就是我們常說的兩點确定一條直線。這些内容最早出現在《幾何原本》裡,由歐幾裡得編著。

平行線與平行線相交定理(平行線可以相交)1

那麼平行線相交到底是怎麼一回事呢?

這就要從兩個人說起,羅巴切夫斯基和黎曼,羅巴切夫斯基是非歐幾何的重要創始人,是他的質疑打破了人們對幾何的認知,從此走出歐式幾何,探索更廣闊的數學世界,後人稱他創造的數學門類為羅氏幾何。

平行線與平行線相交定理(平行線可以相交)2

而黎曼則是另一個非歐幾何中的重要代表,與以上兩者不同卻又不可分割,可以說是非歐幾何的重要奠基人之一,後人稱他創造的數學門類為黎曼幾何。

平行線與平行線相交定理(平行線可以相交)3

歐式幾何、羅氏幾何、黎曼幾何是三種相近卻又不相同的幾何。在各自的理論推論下都構成了一個嚴密的公理體系,雖然說都是正确的,但依靠的數學體系是不同的。而在每一種體系中各有一套理論,有個很好的例子,三角形的内角和為180度,這是我們從小要記的在平面讨論的情況,羅巴切夫斯基打破常規地認為三角形的内角和可能小于180度,而黎曼的學說則是證明了三角形的内角和可以大于180度。我們把三角形畫在馬鞍面和球面上就很好理解了,但這些都是曲邊三角形,要想知道其中的定義和證明就要深入研究這兩種學說了。

平行線與平行線相交定理(平行線可以相交)4

回到平行線的問題,類比剛剛的三角形,我們發現,在曲面上的兩條直線,可能出現在平行的假設前提下相交或者相離的情況,甚至在一個球面上過兩點可以作無數條直線。這顯然不是我們用歐式幾何思維能理解的。

平行線與平行線相交定理(平行線可以相交)5

那麼你可能會覺得平行線相交肯定在現實中是不存在的,或者說是極為少見的,不過事實并不是這樣。

愛因斯坦在相對論的基礎上,構建了新的宇宙觀,其中就指出了平坦的時空隻不過是宇宙中小尺度上的特例,在大尺度的對比觀察下,時空是彎曲不規則的,非歐幾何可以說更貼合宇宙的實質。簡單說就是整個宇宙其實是凹凸不平的,存在着很大的曲率,之所以我們觀察得出的宇宙近乎平整,但也隻能說明我們觀察的尺度較小,從整個宇宙的尺度上來說,是不存在絕對的平行線,無限延長的兩條線會因為宇宙的曲率相交或者發散,所以平行線相交很多時候是普遍存在的。

就好比在研究地球時,例如航船航空這些路徑,就不是簡單的歐式幾何,我們所講的直線在地球這個整體看來有很大的弧度,這都歸結于球體的曲率。

平行線與平行線相交定理(平行線可以相交)6

總的來說,平行線能不能相交取決于它放在哪種數學體系中,而不是簡單的直覺判斷。

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