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非欧几何的关于球面上的直线的概念是不全面的

2011-10-10 22:27阅读:

我们都知道,在目前的球面几何中,大圆代表了直线。那么为何将大圆看成是直线呢?

直线的本质是什么?直线的本质是直。大圆比较直(所以是两届两点之间的最短的线),所以被看成是直线。

假设在球面中生存的二维的生物,他们会认为大圆是直线,因为这条线既不向左弯,也不向右弯。那么当他们爬到一条纬线上的时候,他们会得出啥看法呢?他们仍然认为纬线是直线,因为这条线既不向左弯,也不向右弯(因为任意纬线都是在一个确定的平面上的,所以沿纬线所在的平面投影,纬线是直的)。

所以在球面上,不是只有大圆才是直线,而是任意纬线(大圆也是纬线)都是直线。所以,以往认为的在球面上只有大圆是直线的观念是不对的。也是的,如果我们把大圆视为直线,那么我们也必须把纬线也视为直线,否则原则就不统一啦。

如果我们这么定义球面上的直线,那么我们就打开了一个新的窗口:

如果球面上的两直线被第三条直线所截,如果同位角相等或内错角相等,那么这两条直线平行。同样,如果两直线平行,且被第三条直线所截,那么其同位角或内错角相等。

在球面上,过已知直线外一点,只有一条直线与已知直线平行。

在平面上,过两点的直线只有一条,然而在球面上,过两点的直线则不是只有一条,而是有无数条。那种照搬平面几何的概念,认为在球面上,过两点的直线只有一条的观点是错误的。

大圆与大圆,总是相交的,而不会是平行的。

凡直角都相等。

垂直于同一直线的两条直线不一定互相平行。

同一直线的垂线和斜线不一定相交。如下图所示:垂直于赤道的直线当然不一定与倾斜于赤道的直线相交啦。

非欧几何的关于球面上的直线的概念是不全面的

由此我们可以得出结论,球面上是也有平行线,那些纬线就是球面上互相平行的。

平面几何的东西是球面几何的特列。当球的半径无限大的时候,曲面就变成平面,圆也就变成了直线,曲线的平行也就变成了直线的平行了。

平行的本质是距离保持不变,这在球面上与在平面上都是一样的。在双曲面上也是如此,但不相交不等于就是平行的(上图就是不相交但不平行的列子)。以往我们把不相交混同于平行,这是不正确的。

罗氏几何的公理为:过直线外一点恒可作无数条直线与已知直线不相交。这个说法是对的,但由此得出结论推论出,从直线外一点,可以无数条直线和这条直线平行就不正确了。因为不相交不等于就是平行的。
非欧几何的关于球面上的直线的概念是不全面的

如上图所示,在球面上,过直线外一点恒可作无数条直线与已知直线不相交。但这些直线并不都是与水平的那条直线平行的。非欧几何认为不相交就是平行,这是不对的,这是照搬平面几何的概念的结果。在平面几何中,直线不与直线相交,则直线与直线平行。但在球面上则不可以照搬这个结论。非欧几何照搬了,所以它有错误。

球面上直线并非只是大圆
非欧几何的关于球面上的直线的概念是不全面的

如图所示,在球面上,大圆在一个方向上总是弯曲的,因为球面总是弯曲的,在另一个方向上,大圆总是直的(因为一个大圆总是在一个平面上的)。所以大圆被视为球面上的直线。纬线也是在一个方向上总是弯曲的,因为球面总是弯曲的,而在另一个方向上,纬线总是直的(因为一根纬线也总是在一个平面上的)。所以我认为球面上的直线并非只是大圆,纬线也是直线!

球面上的三角形的内角和
由球面上的直线可以形成各种三角形,在这些三角形中,有的是凸边三角形,其内角和大于180度;有的三角形是凹边三角形,其内角和小于180度。所以并不是以往们认为的,球面上的三角形只会大于180度。

非欧几何的关于球面上的直线的概念是不全面的


非欧几何的关于球面上的直线的概念是不全面的
上图的三角形
ABC就是由球面上直线(当然并不就是大圆)所围成的三角形。这个三角形的内角和不一定等于180度。

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