在數學的某些場合中,這個說法是完全正確的,比如在射影幾何當中,直線是半徑無窮大的圓,以及平行線相交于無窮遠處都是正確的描述,而射影幾何屬于歐式幾何的一部分。
“直線是半徑無窮大的圓”——這個描述表面上看起來似乎有些道理,但是總覺得哪不對,于是很多人首先會把這個說法當成錯誤的。
實際上,在射影幾何當中,這個結論不僅是正確的,而且還變得相當重要,類似的描述還有“平行線相交于無窮遠”。
在射影幾何當中,有一個非常漂亮的原理——對偶原理,指在平面射影幾何當中,我們把一個定理當中的對偶元素互換,相對應的性質也替換后,得到的命題依然成立;比如“點”和“直線”、“直線”和“平面”就是對偶元素。
而“過兩點只能做一條直線”和“兩條線只能交于一點”就屬于對偶的兩個定理,對偶原理非常強大,對于射影幾何中的任何定理,利用對偶原理之后都可以得到一個全新的定理,比如1640年法國數學家發現了著名的六邊形定理:
Pascal六邊形定理:如果一個六邊形內接于一條圓錐曲線,則該六邊形的三對對邊的交點共線。
然后在一百多年后的1806年,一位法國大學生布列安桑,發現了另外一個著名的六邊形定理:
Brianchon六邊形定理:如果一個六邊形的六條邊都和一條圓錐曲線相切,則該六邊形的三對頂點的連線相交于一點。
如果我們不使用對偶原理,那么后一個六邊形定理的證明將會變得十分復雜,一旦有了對偶原理,我們利用Pascal六邊形定理得到后者只需要幾分鐘而已,這種數學原理之間的對稱性相當美妙。
但是問題在于,我們在使用對偶原理時,必須接受“平行線相交于無窮遠”這個描述,如果我們不承認這個描述,那么我們使用對偶原理時將會出現很多例外,一旦我們接受了這個描述,對偶原理將沒有任何例外。
同樣,關于“直線是半徑無窮大的圓”,也是射影幾何當中使用的正確描述,我們在使用對偶原理時也必須承認這個假設成立。
射影幾何只是歐式平面幾何的一部分,雖然對偶原理僅限于在射影幾何中使用,但是對偶原理的思想在很多地方都有遇到,比如電磁學中的“電”和“磁”,電路分析當中的“并聯”和“串聯”、“電容”和“電抗”等等。
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