Кіріспе
Евклид геометриясының негізі Гилберт аксиомалары — Дэвид Гилберт 1899 жылы жариялаған «Геометрия негіздері» (Grundlagen der Geometrie) атты кітабында, евклид геометриясын қазіргі заманғы тұрғыдан қарастыру үшін жасалған 20 қағидадан тұрады. Евклид геометриясының танымал қазіргі заманғы аксиоматизацияларының авторлары — Альфред Тарски және Джордж Бирхофф.
Hilbert's axioms are a set of 20 assumptions proposed by David Hilbert in 1899 in his book Grundlagen der Geometrie (tr. The Foundations of Geometry) as the foundation for a modern treatment of Euclidean geometry. Other well known modern axiomatizations of Euclidean geometry are those of Alfred Tarski and of George Birkhoff.
I. Өртке ұшырау
Әр екі А және В нүктесі үшін оларды қамтитын a түзу бар. AB = a немесе BA = a деп жазамыз. "Қамтиды" деген сөздің орнына біз басқа да өрнектерді қолдана аламыз; мысалы, біз "А түзу a-да жатыр", "А түзу a-ның нүктесі", "a түзу A және В арқылы өтеді", "a түзу A-ны В-ға қосады" және т.б. Егер А түзу a-да және бір уақытта b түзуінде де жатса, онда біз: "a және b түзулері A нүктесінде қиылысады" және т.б. сөз тіркесін де қолданамыз. Әр екі нүкте үшін оларды қамтитын бірден артық түзу жоқ; соған сәйкес, егер 1=AB = a және 1=AC = a, және B ≠ C болса, онда 1=BC = a. Бір түзуде кем дегенде екі нүкте бар. Бір түзуде жатпайтын кем дегенде үш нүкте бар. Бір түзуде орналаспаған әр үш нүкте А, В, С үшін оларды қамтитын α жазықтығы бар. Әрбір жазықтықта оған тиісті кем дегенде бір нүкте бар. 1=ABC=α деп жазамыз. Біз сондай-ақ: "А, В, С жазықтықта α орналасқан"; "А, В, С жазықтық α-ның нүктелері" және т.б. сөздерді қолданамыз. Бір түзуде жатпайтын А, В, С үш нүктесі үшін оларды қамтитын бір ғана жазықтық бар. Егер a түзуінің екі нүктесі А және В жазықтықта α орналасса, онда a түзуінің барлық нүктелері α жазықтығында болады. Бұл жағдайда біз: "a түзуі α жазықтығында орналасқан" және т.б. дейміз. Егер екі жазықтық α және β ортақ А нүктесіне ие болса, онда олардың кем дегенде екінші ортақ В нүктесі бар. Бір жазықтықта жатпайтын кем дегенде төрт нүкте бар.
II. Тәртіп
Егер B нүктесі A және C нүктелерінің арасында жатса, B сонымен қатар C және A нүктелерінің арасында да жатады, және A, B, C нүктелерін қамтитын түзу бар. Егер A және C екі нүкте болса, онда AC түзуінде кем дегенде бір B нүктесі болады, сонда C нүктесі A мен B нүктелерінің арасында жатады. Бір түзуде орналасқан кез келген үш нүктеден, екеуінің арасында орналасқан нүкте тек біреу ғана болуы мүмкін. Паш аксиомасы: A, B, C үш нүктесі бір түзуде жатпасын және a түзуі ABC жазықтығында жатсын, бірақ A, B, C нүктелерінің ешқайсысынан өтпесін. Онда, егер a түзуі AB кесіндісінің нүктесі арқылы өтсе, ол сонымен бірге BC кесіндісінің нүктесі немесе AC кесіндісінің нүктесі арқылы да өтеді.
If A and C are two points, then there exists at least one point B on the line AC such that C lies between A and B. Of any three points situated on a line, there is no more than one which lies between the other two. Pasch's Axiom: Let A, B, C be three points not lying in the same line and let a be a line lying in the plane ABC and not passing through any of the points A, B, C. Then, if the line a passes through a point of the segment AB, it will also pass through either a point of the segment BC or a point of the segment AC.
III. Біркелкілік
Егер A, B – a түзуінің екі нүктесі болса, ал A′ – a′ түзуінің бір нүктесі болса, онда a′ түзуінің берілген жағында біз әрқашан B′ нүктесін таба аламыз, сонда AB кесіндісі A′B′ кесіндісіне конгруэнтті болады. Бұл қатынасты AB ≅ A′B′ деп жазамыз. Кез келген кесінді өзіне конгруэнтті, яғни әрқашан AB ≅ AB болады. Жоғарыдағы аксиоманы қысқаша былай айтуға болады: кез келген кесінді берілген түзу сызығының берілген нүктесінің берілген жағында кем дегенде бір тәсілмен салынуы мүмкін. Егер AB кесіндісі A′B′ кесіндісіне де, A″B″ кесіндісіне де конгруэнтті болса, онда A′B′ кесіндісі A″B″ кесіндісіне конгруэнтті болады; яғни, егер AB ≅ A′B′ және AB ≅ A″B″ болса, онда A′B′ ≅ A″B″. AB және BC – B нүктесінен басқа ортақ нүктелері жоқ a түзуінің екі кесіндісі болсын, ал сонымен қатар, A′B′ және B′C′ – B′ нүктесінен басқа ортақ нүктесі жоқ a′ түзуінің немесе басқа a′ түзуінің екі кесіндісі болсын. Егер AB ≅ A′B′ және BC ≅ B′C′ болса, онда AC ≅ A′C′ болады. α жазықтығында ∠(h,k) бұрышы берілсін, ал α′ жазықтығында a′ түзуі берілсін. Сондай-ақ α′ жазықтығында a′ түзу сызығының белгілі бір жағы белгіленсін делік. h′ арқылы осы түзудің O′ нүктесінен шығатын a′ түзу сызығының сәулесін білдіріңіз. Содан кейін α′ жазықтығында бір және тек бір ғана k′ сәулесі бар, сонда ∠(h, k) немесе ∠(k, h) бұрышы 1=∠(h′, k′) бұрышына конгруэнтті болады және сонымен бірге 1=∠(h′, k′) бұрышының барлық ішкі нүктелері a′ түзуінің берілген жағында жатыр. Бұл қатынасты ∠(h, k) ≅ ∠(h′, k′) белгісі арқылы білдіреміз. Егер ∠(h, k) бұрышы ∠(h′, k′) бұрышына да, ∠(h″, k″) бұрышына да конгруэнтті болса, онда ∠(h′, k′) бұрышы ∠(h″, k″) бұрышына конгруэнтті болады; яғни, егер ∠(h, k) ≅ ∠(h′, k′) және ∠(h, k) ≅ ∠(h″, k″) болса, онда ∠(h′, k′) ≅ ∠(h″, k″). Егер ABC және A′B′C′ үшбұрыштарында AB ≅ A′B′, AC ≅ A′C′, ∠BAC ≅ ∠B′A′C′ конгруэнттіліктері орын алса, онда ∠ABC ≅ ∠A′B′C′ конгруэнттілігі орын алады (және, жазуды өзгерту арқылы, ∠ACB ≅ ∠A′C′B′ да орын алады).
IV. Параллельдер
Евклид аксиомасы: a кез келген түзу болсын, ал A сол түзуде жатпайтын нүкте болсын. Онда жазықтықта A нүктесінен өтетін және a түзуін қиыспайтын, ең көп дегенде бір түзу болады.
V. Тұрақтылық
Архимед аксиомасы: Егер AB және CD кез келген кесінділер болса, онда A нүктесінен B нүктесі арқылы өтетін сәуле бойымен тізбектей салынған n CD кесіндісі B нүктесінен өтеді. Сызық толықтығы аксиомасы: Бұрыннан бар сызықтың кеңейтілуі (әдетте геометрияда қолданылады), бір сызықтағы нүктелер жиынының реті мен сәйкестік қатынастарын сақтайтын, бастапқы элементтер арасындағы қатынастарды, сондай-ақ I, III және V аксиомаларынан туындайтын сызықтың реті мен сәйкестілігінің негізгі қасиеттерін сақтау мүмкін емес.
Axiom of line completeness: An extension (An extended line from a line that already exists, usually used in geometry) of a set of points on a line with its order and congruence relations that would preserve the relations existing among the original elements as well as the fundamental properties of line order and congruence that follows from Axioms I III and from V 1 is impossible.
Қолдану
Бұл аксиомалар Евклидтік кеңістіктік геометрияны аксиомалық тұрғыдан сипаттайды. "Жазықтық" сөзін маңызды тұрғыда қолданатын бес аксиоманы, атап айтқанда I.4–8, алып тастау және III.4 және IV.1 аксиомаларын жазықтықтарды атауын жою үшін өңдеу, Евклидтік жазық геометриясының аксиоматизациясын береді. Гильберт аксиомалары, Тарски аксиомаларынан айырмашылығы, бірінші реттік теорияны құрамайды, өйткені V.1–2 аксиомаларын бірінші реттік логикада жазу мүмкін емес. Гильберттың "Grundlagen" еңбегінің құндылығы мазмұндық немесе оқу-әдістемелік емес, көбінесе әдістемелік болды. Геометрия аксиоматикасына Мориц Паш, Марио Пьери, Освальд Веблен, Эдвард Вермилье Хантингтон, Гилберт Робинсон және Генри Джордж Фордер үлкен үлес қосты. "Grundlagen" еңбегінің құндылығы – метаматематикалық сұрақтарға жасаған жаңа тәсілі, аксиомалардың тәуелсіздігін дәлелдеу үшін модельдерді қолдануды қоса алғанда; сондай-ақ аксиомалар жүйесінің дәйектілігі мен толықтығын дәлелдеу қажеттілігі. ХХ ғасырда математика аксиоматикалық формальды жүйелер желісіне айналды. Бұл, көбінесе, Гильберттың "Grundlagen" еңбегінде көрсеткен үлгінің әсерінен болды. 2003 жылғы (Meikle және Fleuriot) "Grundlagen" еңбегін компьютерде формалдауға жасалған тырастың нәтижесінде Гильберттың кейбір дәлелдемелері диаграммалар мен геометриялық түйсікке сүйенетіні анықталды, соның салдарынан оның анықтамаларындағы кейбір беймаздықтар мен кемшіліктер байқалды.