文化伟人代表作图释书系:几何原本
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命题I.5

等腰三角形的两底角相等,将腰延长,与底边形成的两个补角亦相等。

设:作等腰三角形ABC,使ABAC;作AB的延长线BD、AC的延长线(公设I.2)

求证:∠ABC等于∠ACB,∠CBD等于∠BCΕ

令:在BD上任取一点F。在上截取线段AG等于AF,连接FC、GB(公设I.1)

既然AF等于AGAB等于AC,那么FA、AC两边就等于对应边GA、AB,且它们有一个公用角∠FAG

于是:FC等于GB,三角形AFC全等于三角形AGB,其余对应角亦相等,即∠ACF等于∠ABG,∠AFC等于∠AGB

又,因为AF等于AGAB等于AC,那么其余下的部分BF等于CG

又可得FC等于GB

所以:BF、FC两边等于对应边CG、GB;∠BFC等于∠CGB,BC为公共边,于是三角形BFC也全等于三角形CGB,其余对应角相等,即∠FBC等于∠GCB,∠BCF等于∠CBG

又,因为∠ABG被证明等于∠ACF,∠CBG等于∠BCF,余下的∠ABC等于∠ACB;它们在三角形ABC的底边上,∠FBC也就等于∠GCB

所以:等腰三角形的两底角相等,将腰延长,与底边形成的两个补角亦相等。

四个规则多面体

古希腊数学家很早就知道,只有五种可能的正多面体,即正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体和正二十面体,并且这些正多面体只能由三种形状构成,即等边三角形、正方形和正五边形。由于柏拉图把这五种正多边形同他的宇宙构成论联系起来,因此又被称为柏拉图立体。这幅作品即由柏拉图立体中的四种均匀地交叉构成,埃舍尔用红、黄、白、黑四种颜色把它们描绘成半透明状使其得以辨认。

证完

注解

这一命题有两个结论,一是内底∠ABC和∠ACB相等,二是外底∠FBC和∠GCB相等。从图上看,仿佛证明第二个结论是容易的,根据第一个结论,简单地从∠ABF和∠ACG中分别减去相等∠ABC和∠ACB即可。但是欧几里得不接受直角,即使他接受,也并未证明所有的直角皆相等。命题I.13其实是个足够的证明,因为它意味着∠ABC与∠FBC之和等于两个直角的和,同时∠ACB与∠GCB之和也等于两个直角的和,于是,二者之和相等,这便是所说的所有的直角皆相等。

不幸的是,这一论据是循环的,命题I.13依赖于命题I.11,命题I.11依赖于命题I.8,命题I.8依赖于命题I.7,而命题I.7则依赖于命题I.5。于是命题I.13不能应用在命题I.5的证明中。

这一命题被称为“庞斯命题”,也称为“驴桥”,这一命名到底是因为它的证明困难呢,还是在形式上有桥的特征?难以知道。在欧几里得的《原本》中,命题很少被命名。

这一命题应用在本卷的I.7开始的几个命题中,也高频率地用在卷2、3、4、6、13中。