Параллельные прямые в курсе основной школы

Фаркаш Больяи строго доказал, что равновеликие многоугольники равно составлены: пытался доказать V постулат Евклида, исходя из предположения, что вокруг любого треугольника можно описать окружность. В 13 лет Больяи владел дифференциальным и интегральным исчислениями. Еще студентом Военно-инженерной академии Больяи вместе со своим другом Сасом начал искать доказательство постулата о параллельных

линиях. Сохранившиеся чертежи свидетельствуют, что Больяи уже тогда был на пути к открытию неевклидовой геометрии. По окончании академии младший лейтенант Больяи командируют в небольшую крепость Темешвар. Здесь около 1825г. он пришел к основным положениям неевклидовой геометрии. Обработав свои исследования, Больяи издал их в 1832г. в виде приложения ("Аппендикс") к 1 т. сочинения отца "Опыт введения учащегося юношества в начала математики-элементарной и высшей". "Аппендикс" был издан на русском языке. Это приложение отличается крайней сжатостью и схематичностью, по продуманности каждого слова и предложения принадлежит к числу наиболее совершенных произведений математической литературы.

Открытие Больяи при его жизни не получило признания. В 1837г. в Лейпциге в качестве темы конкурса было предложено разобрать учение о мнимых величинах. Больяи прислал замечательное произведение, предвосхищающее построения У.Р. Гамильтона, однако жюри дало о нем отрицательный отзыв. Неудачи тяжело отразились на психике Больяи. Он интенсивно продолжал научную работу, но ставил перед собой невыполнимые задачи. Попытка строго логического построения геометрии свободной от каких бы то ни было наглядных представлений, содержит отдельные интересные мысли, но в целом была невыполнимой в то время. Отчаяние Больяи особенно возросло, когда он ознакомился с сочинением Н.И. Лобачевского "Геометрические исследования по теории параллельных линий" (1840г.). К. Гаусс в своих письмах отзывался с величайшей похвалой о работах Больяи и Н.И. Лобачевского, однако не дал о них публичного отзыва.

Геометрия Римана

В своей лекции «О гипотезах, лежащих в основании геометрии», прочитанной в 1854 году, немецкий математик Риман замечает, что в основе всех предшествовавших исследований лежит допущение того, что прямые имеют бесконечную длину, которое является, конечно, крайне естественным. Но что получится, если отбросить это допущение, если, например, вместо него предположить, что прямые – суть линии замкнутые, вроде больших кругов на сфере. Речь идет по сути о различии между бесконечностью и безграничностью; это различие лучше всего можно понять, рассматривая аналогичное соотношение в двумерной области: безграничными являются как обыкновенная плоскость, так и поверхность сферы, но только первая бесконечна, в то время как другая имеет конечное протяжение.

Риман считает пространство лишь неограниченным, но не бесконечным; тогда прямая становится замкнутой линией, на которой точки расположены как на окружности. Если заставить теперь снова, как и прежде, точку P перемещаться по прямой a все время в одном направлении, то она в конце концов снова вернется к исходному месту, а луч AP вообще не будет иметь никакого предельного положения; не существует вообще никакой прямой, проходящей через точку A параллельно прямой a . Таким образом у Римана строится второй вид неевклидовой геометрии в противоположность геометрии Лобачевского.

Геометрия Лобачевского

В мемуаре «О началах геометрии» (1829) Лобачевский прежде всего воспроизвел свой доклад 1826г.

Он определяет основные понятия геометрии, не зависящие от V постулата, и заметив, что сумма углов прямолинейного треугольника не может быть , как это имеет место у сферических треугольников, Лобачевский заявляет: «Мы видели, что сумма углов прямолинейного треугольника не может быть . Остается предполагать эту сумму или . То и другое может быть принято без всякого противоречия впоследствии, от чего и происходят две Геометрии: одна, употребительная доныне по своей простоте, соглашается со всеми измерениями на самом деле; другая, воображаемая, более общая и потому затруднительная в своих вычислениях, допускает возможность зависимости линий от углов».

Лобачевский указывает, что в «воображаемой геометрии» сумма углов треугольника всегдаи две прямые могут не пересекаться в случае, когдаони образуют с секущей углы, в сумме меньшие . Параллельные прямые определяются как такие, которые не пересекаются, но могут быть получены предельным переходом из пересекающихся. Через каждую точку плоскости проходят две прямые, параллельные данной прямой, лежащей в этой плоскости; эти прямые делят пучок прямых, проходящих через данную точку, на четыре области, в двух из которых проходят прямые, пересекающие данную прямую, а в двух – прямые, которые не пересекают эту прямую и не могут быть получены предельным переходом из пересекающихся – такие прямые называются расходящимися; параллельные прямые разграничивают пресекающие прямые от расходящихся (на рис. условно изображены прямые и , проведенные через точку А параллельно прямой , прямые и , проведенные через точку А и пресекающие прямую , и прямые и , расходящиеся с прямой ). Угол между прямой, проведенной через точку А параллельно прямой , и перпендикуляром, опущенным из А на , Лобачевский называет «углом параллельности» и показывает, что функция , выражающая зависимость этого угла от длины а перпендикуляра, может быть (в современных обозначениях) записана в виде

=2arctg (1)

где q – некоторая постоянная. При а0 угол параллельности всегда острый, причем он стремится к при , постоянная же q может служить на плоскости Лобачевского абсолютной единицей длины, аналогичной абсолютной единицей длины, аналогичной единице угла в евклидовом пространстве. Лобачевский устанавливает также, что расходящиеся прямые обладают общим перпендикуляром и удаляются друг от друга по обе стороны от него, а две параллельные прямые приближаются друг к другу и расстояния точек одной из них от другой стремится к 0 при неограниченном удалении этих точек. Сумма углов треугольника в геометрии Лобачевского всегда меньше , и если - «угловой дефект» треугольника, то есть разность между и суммой его углов, то площадь треугольника S равна