1答:一个定义是由被定义的概念、定义概念和关联词三部分组成。
2.答:公式:种差+临近的属=被定义的概念;例如:两组对边分别平行(种差)的四边形(临近的属)称为平行四边形 (被定义的概念)。
3.答:逻辑证明由以下三部分组成:
(1)论题(即是真实性需要加以证明的命题);
(2)论据(是证明论题真实性时所依据的那些真实的命题);
(3)论证(是由论据证明出论题结论的推理过程)。
4.答: 公理系统的相容性也称为无矛盾性或和谐性。
一个公理系统及其一切推论不含矛盾命题时,称这个公理系统是相容的或无矛盾的。
任何一个公理系统都必须具有无矛盾性,这是几何学选择公理系统的前提。否则,由这个公理系统建立的机会结构就是一个矛盾百出的、不合理的结构,这在逻辑学上是不允许的,这样的理论是没有意义的。
如何证明公理系统是相容的呢?
一个公理系统及其推论可能有许许多多,而且还可能不断地提出新定理,因此不可能通过一一检验来判断该系统有没有矛盾命题,需要一种方便可行的方法来解决,这就是模型法。
模型法的基本思想是:只要公理系统存在一个真实可靠的无矛盾的模型
,则系统
就是无矛盾的。因为
中的对象和关系与中的具体事物和关系是一一对应的,因此由系统
推导出的命题与模型
中具有事物间的规律也具有一一对应关系。如果由系统
能推出两个互相矛盾的命题,这矛盾必然出现在
的具体事物之中,这就破坏了
的真实性和无矛盾性,这是不可能的。因此系统
是相容的。
例如,证明欧式几何的希尔伯特公理系统的相容性时,可以建立笛卡尔模型。它立足于解析几何的基础之上,而解析几何又是建立在实数运算理论之上,只要实数运算无矛盾,则笛卡尔模型就是无矛盾的,真实的,从而希尔伯特公理系统无矛盾。
5. 答:如果一个公理系统中的某条公理不能由其余公理证明,即不是其余公理的推论,则称这条公理在公理系统中是独立的。如果一个公理系统中的每条公理都是独立的,则称这个公理系统是独立的。
怎样证明一个公理系统是独立的呢?一般归结为公理系统的无矛盾性。
已知公理系统,它包含
条公理
。现在证明其中的
是独立的,其步骤是:首先在
中去掉
,把剩余的公理组记作
,再在中添加的矛盾命题
,得到新的公理系统
;其次证明公理系统
是无矛盾的系统,这就证明了
在公理系统
的中独立性。理由是:假设公理
在系统
中不独立,则
是在
中去掉
后其余公理的推论,这时在系统
中同时出现
与
,这和系统
的相容性矛盾,所以
在公理系统
的中是独立性的。
例如,罗氏几何的存在,证明了欧氏平行公理在欧式几何公理体系中的独立性。
实际上欧氏平行公理与罗氏平行公理是相互矛盾的命题。如果在希尔伯特公理体系中,将平行公理换成罗氏平行公理就构成了罗氏公理体系,因为我们已经通过模型法证明了罗氏公理系统的无矛盾性,从而证明了欧氏平行公理在欧式几何公理体系中的独立性。
6. 答:如果公理系统的所有模型都是同构的,则称系统
是完备的,或称
具有完备性。
设公理系统的模型为
,在保持相容性和独立性的条件下,对
增加公理使它扩大为
,设
的模型为
,则
都是
的模型,但
不一定是
的模型,即
的范畴较大,这说明对
的模型的选取,其自由度随着公理的扩大越来越小。当公理系统
扩大至时,则它的模型就都是同构的,因此不存在范畴更大的模型了。基于这种认识,可以把公理系统的完备性定义如下:
欧氏几何的希尔伯特公理系统是完备的,因为它的模型都与笛卡尔模型同构。
7. 答:中学平面几何公理系统中的并不是所有公理都具有独立性,例如判定三角形全等的三条公理:公理6(边角边公理) 有两边和它们的夹角对应相等的两个三角形全等。
公理7(角边角公理) 有两角和它们的夹边对应相等的两个三角形全等。
公理8(边边边公理) 有三边对应相等的两个三角形全等。
公理7,8实际上是公理6的推论,是可以证明的。