本套书精选了人类科学史和文明史上具有划时代意义的经典著作,包括《自然哲学之数学原理》《几何原本》《相对论》三本,它们是科学创造的结晶,是人类文化的优秀遗产,是经过历史检验的不朽之作,同时也是科学精神、科学思想和科学方法的载体,具有永恒的价值和意义。
《自然哲学之数学原理》是经典力学的旷世巨著,牛顿“个人智慧的伟大结晶”,第一次科学革命的集大成之作,第一个完整的科学的宇宙论和科学理论体系。它在物理学、数学、天文学和哲学等领域产生了巨大影响。《几何原本》是西方思想界里程碑式的著作,集整个古希腊数学的成果与精神于一体。哥白尼、伽利略、笛卡尔、牛顿等诸多大科学家年轻时都曾认真学习过这本书。《相对论》是爱因斯坦为引导读者了解狭义相对论与广义相对论所撰写的相对论入门读物,是一部彻底颠覆经典物理学观念的创世之书,一部现代及未来科学伟大的奠基之作。阅读本套书,读者可以提升知识结构,开拓想象力,激发对科学的热情。
《几何原本》
第1卷 平面几何基础
定 义
1.点:点不可以再分割。
2.线:线是无宽度的长度。
3.线的两端是点。
4.直线:直线是它上面的点一样地平铺的线。
5.面:面只有长度和宽度。
6.面的边是线。
7.平面:平面是它上面的线一样地平铺的面。
8.平面角:平面角是一个平面上的两条直线相交的倾斜度。
9.平角:当含有角的两条线成一条直线时,这个角称为平角。
10.直角与垂线:一条直线与另一条直线相交所形成的两相邻的角相等,这两个角均称为直角,其中一条是另一条的垂线。
11.钝角:当一个角大于直角时,该角为钝角。
12.锐角:当一个角小于直角时,该角为锐角。
13.边界:边界是物体的边缘。
14.图形:图形可以是一个边界,也可以是几个边界所围成的。
15.圆:圆是由一条线包围(称作圆周)的平面图形,该圆里特定的一点到线上所有点的距离相等。
16.圆心:上述特定的一点称为圆心。
17.直径:任意一条经过圆心、两端点在圆上的线段叫作圆的直径。每条直径都可以将圆平分成两半。
18.半圆:半圆是由一条直径和被直径所切割的圆弧组成的图形。半圆的圆心和原圆心相同。
19.直线形是由直线所围成的图形:三角形是由三条线围成的,四边形是由四条线围成的,多边形则是由四条以上的直线围成的。
20.在三角形中,若三条边相等,则称作等边三角形;若只有两条边相等,则称作等腰三角形;若三条边都不相等,则称作不等边三角形。
21.在三角形中,若有一个角是直角,该三角形是直角三角形;若有一个角为钝角,该三角形是钝角三角形;若三个角都是锐角,该三角形是锐角三角形。
22.在四边形中,若四个角都是直角且四条边相等,该四边形是正方形;若只有四个角为直角,四条边不相等,该四边形是矩形;若四边相等,角非直角,该四边形为菱形;若两组对边、两组对角分别相等,角非直角,边不全相等,该四边形是平行四边形;其他四边形是梯形。
23.平行线:在同一平面内,两条直线向两端无限延伸而无法相交,这两条直线是平行线。
公 设
公设1:过任意两点可以作一条直线。
公设2:一条有限直线可以继续延长。
公设3:以任意点为圆心,任意长为半径,可以画圆。
公设4:所有的直角都彼此相等。
公设5:同平面内一条直线和另外两条直线相交,若直线同侧的两个内角之和小于两直角和,则这两条直线经无限延长后,在这一侧相交。
公 理
公理1 :等于同量的量彼此相等。
公理2 :等量加等量,其和仍相等。
公理3 :等量减等量,其差仍相等。
公理4 :彼此能够重合的物体是全等的。
公理5: 整体大于部分。
命 题
命题1
在一个已知有限直线(即线段——译者注)上作一个等边三角形。
已知给定的线段是AB。
在线段AB上作等边三角形。
以A为圆心,并以AB为半径作圆BCD【公设3】;再以B 为圆心,并以BA为半径作圆ACE【公设3】;从两圆的交点C分别到A和B,连接CA和CB【公设1】。
因为点A是圆CDB的圆心,AC等于AB【定义1.15】。又,点B是圆CAE的圆心,BC等于BA【定义1.15】。但CA和CB都等于AB。而等于同量的量彼此相等【公理1】。所以,CA等于CB。因此,三条线段CA、AB和BC彼此相等。
因此,三角形ABC是等边的,且在给定线段AB上作出了这个三角形。这就是命题1的结论。
命题2
由一个已知点(作为端点)作一条线段等于已知线段。
设A为已知点,BC为已知线段。要求以A为端点,作长度与BC相等的线段。(由A点作一条线段等于已知线段BC。——译者注)
连接AB,得到直线AB【公设1】,在AB上作等边三角形DAB【命题1.1】。分别延长DA,DB成直线AE,BF【公设2】。以B为圆心,以BC为半径,作圆CGH【公设3】(点G是圆与直线DF的交点——译者注),再以D为圆心,以DG为半径,作圆GKL【公设3】。
因为B是圆CGH的圆心,所以BC等于BG【定义1.15】。同理,因为D是圆GKL的圆心,所以DL等于DG【定义1.15】。又DA等于DB。所以余量AL等于余量BG【公理3】。已证明BC等于BG,所以AL和BC都等于BG。又因为等于同量的量彼此相等【公理1】。所以,AL等于BC。
所以,以A为端点作出线段AL等于已知线段BC。这就是命题2的结论。
命题3
两条不相等的线段,在长的线段上可以截取一条线段使它等于另一条线段。
设线段AB和C是两条不相等的线段,且AB长于C。要求从AB上截取一条线段,使其等于线段C。
由A作AD等于线段C【命题1.2】,以A为圆心,以AD为半径画圆DEF【公设3】。
因为A 是圆DEF的圆心,所以AE等于AD【定义1.15】。又因为线段C等于AD,所以AE和C都等于AD。所以AE等于C【公理1】。
因此,两条已知不相等的线段AB和C,从AB上截取的线段AE等于线段C。这就是命题3的结论。
命题4
如果两个三角形中,一个的两边分别等于另一个的两边,且相等线段所夹的角相等,那么,它们的底边相等,两个三角形全等,且其余的角也分别等于相应的角,即等边所对的角。
设在三角形ABC和三角形DEF中,AB等于DE,AC等于DF,且角BAC等于角EDF。那么,就认为底边BC等于EF,三角形ABC全等于三角形DEF,并且这两个三角形中相等边所对的另外两个角也相等。(也就是)角ABC等于角DEF,角ACB等于角DFE。
如果把三角形ABC移动到三角形DEF上,若点A落在点D上,直线AB放在DE上,因为AB等于DE,所以点B和点E重合。又角BAC等于角EDF,线段AB与DE重合,所以AC与DF重合。又因为AC等于DF,所以点C与点F重合。点B已经确定与点E重合,所以底BC与底EF重合。如若B与E重合,C与F重合,底BC不与底EF重合,两条直线会围成一块有长有宽的区域,这是不可能的【公设1】。因此,底BC与底EF重合,且BC等于EF【公理4】。所以整个三角形ABC与整个三角形DEF重合,于是它们全等【公理4】。且其余的角也与其余的角重合,于是它们都相等【公理4】,即角ABC等于角DEF,角ACB等于角DFE【公理4】。
综上,如果两个三角形中,一个的两边分别等于另一个的两边,且相等线段所夹的角相等,那么,它们的底边相等,两个三角形全等,且其余的角也分别等于相应的角,即等边所对的角。这就是命题4的结论。
《几何原本》
第1卷 平面几何基础 001
第2卷 几何代数的基本原理 049
第3卷 与圆有关的平面几何 070
第4卷 与圆有关的直线图形的作法 113
第5卷 比例 134
第6卷 相似图形 163
第7卷 初等数论 206
第8卷 连比例 243
第9卷 数论的应用 269
第10卷 无理量 298
第11卷 简单立体几何 461
第12卷 立体几何中的比例问题 514
第13卷 正多面体 551
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