在形成公理化的几何中,原始概念没有定义,它可以是满足公理系统的任何“事物”,因此可能有各种解释。
给定一个公理系统,如果能够指定一组事物
,其中的事物都是真实存在的,经过论证而被承认的,然后规定公理系统
中的原始元素是
中的一种事物,原始元素间的每个原始关系是
中对应事物间的一种确定的关系,然后逐一验证在上述规定下的事物和关系全部满足公理系统
中的公理(即公理对这些具体事物和关系也都是真实的)。这时,事物
和关系为公理系统
的一个模型或一个解释,也称为公理系统
所确定的一切属性和规律。
下面例举几个模型,但不详细验证满足公理条文。
例1.欧几里得几何的几个模型
(1)中学平面几何是用实体公理化方法建立的,因为公理不够用,在论述的过程中还得合理地掺杂一些直观图形来帮忙,即离不开几何实体,如用直尺圆规等画出的各种直观图,用它们来解释抽象的点、直线、各种图形的关系,给人们以具体的形象。直观图就是欧氏几何的一个模型。
(2)平面几何的笛卡尔模型
笛卡尔模型也称为解析模型或算数模型,是用人们熟知的实数建立的,实际上它就是平面解析几何。
对原始概念的解释:
规定1 点是有序实数对;
规定2 直线是有序实数比,其中
至少有一个不为零;
规定3 点在直线
上,当且仅当
;
规定4 点介于点
和
之间(介于关系),即满足如下的关系式:
(若三点所在的直线
中
则
,等号左边的分式没有意义,用等号右边的分式来判断;若
,则
,就用等号左边的分式来判断);
规定5 线段,即
例3 罗巴切夫斯基平面几何的卡莱(Cayley,1824年——1891年,英国人)-克莱因(F.Klein,1849年——1925年,德国人)模型。
在欧氏平面上任取一个圆,把圆内部的点所构成的集合(即由内点构成的开区域,圆周上的点除外)看成是罗氏“平面”。
罗氏平面几何的原始概念解释成:
罗氏点:圆内的点;
罗氏直线:圆内的开弦(两个端点除外,它们可称为无穷远点);
结合关系:圆内原来的点和统的结合关系;
介于关系:圆内弦上三点的介于关系;
运动关系:欧氏平面上,将圆K变成自身的射开方变换。
这里运动关系代替线段、角的合同关系。实际上两者作用相同,即是公理的等价性。
罗氏平行公理 (在罗氏平面上)通过直线外一点至少存在两直线与已知直线不相交。
我们知道,罗氏平面几何学的公理系统与欧氏几何学希尔伯特公理系统的区别,仅仅是平行公理组不同,至于结合公理组、顺序公理组、合同公理组、连续公理组是一样的。可以验证,罗氏平面几何的公理体系在这个模型里全部成立。