完整的欧几里得几何公理,是德国数学家希尔伯特(hilbert,1862—1943)于公元1899年首先提出的.其内容是:
基本概念(原始概念):
(1)基本对象:点;直线;平面.
(2)基本关系:点在直线上,点在平面上(属于、通过、……均为在……上的同义语);一点在另两点之间;线段合同,角合同.
公理Ⅰ结合公理
Ⅰ1对于任意两个不同的点a、b,存在着直线a通过每个点a、b.
Ⅰ2对于任意两个不同的点a、b,至多存在着一条直线通过每个点a、b.
Ⅰ3在每条直线上至少有两个点;至少存在着三个点不在一条直线上.
Ⅰ4对于不在一条直线上的任意三个点a、b、c,存在着平面α通过每个点a、b、c.在每个平面上至少有一个点.
Ⅰ5对于不在一条直线上的任意三个点a、b、c,至多有一个平面通过每个点a、b、c.
Ⅰ6如果直线a上的两个点a、b在平面α上,那么直线a上的每个点都在平面α上.
Ⅰ7如果两个平面α、β有公共点a,那么至少还有另一公共点b.
Ⅰ8至少存在着四个点不在一个平面上.
公理Ⅱ顺序公理
Ⅱ1如果点b在点a和点c之间,那么a、b、c是一条直线上的不同的三点,且b也在c、a之间.
Ⅱ2对于任意两点a和b,直线ab上至少有一点c,使得b在a、c之间.
Ⅱ3在一条直线上的任意三点中,至多有一点在其余两点之间.
Ⅱ4设a、b、c是不在一条直线上的三个点;直线a在平面abc上但不通过a、b、c中任一点;如果a通过线段ab的一个内点,(①线段ab的内点即a、b之间的点.)那么a也必通过ac或bc的一个内点(巴士(pasch,1843—1930)公理).
公理Ⅲ合同公理(合同记作≡)
Ⅲ1如果a、b是直线a上两点,a′是直线a或另一条直线a′上的一点,那么在a或a′上点a′的某一侧必有且只有一点b′,使得a′b′≡ab.又,ab≡ba.
Ⅲ2如果两线段都合同于第三线段,这两线段也合同.
Ⅲ3设ab、bc是直线a上的两线段且无公共的内点;a′b′、b′c′是a或另一直线a′上的两线段,也无公共的内点.如果ab≡a′b′,bc≡b′c′,那么ac≡a′c′.
Ⅲ4设平面α上给定∠(h,k),在α或另一平面α′上给定直线a′和a′所确定的某一侧,如果h′是α′上以点o′为端点的射线,那么必有且只有一条以o′为端点的射线k′存在,使得∠(h′,k′)≡∠(h,k).
Ⅲ5设a、b、c是不在一条直线上的三点,a′、b′、c′也是不在一条直线上的三点,如果ab≡a′b′,ac≡a′c′,∠bac≡∠b′a′c′,那么∠abc≡∠a′b′c′,∠acb≡∠a′c′b′.
公理Ⅳ平行公理
过定直线外一点,至多有一条直线与该直线平行.
公理Ⅴ连续公理
Ⅴ1如果ab和cd是任意两线段,那么以a为端点的射线ab上,必有这样的有限个点a1,a2,…,an,使得线段aa1,a1a2,…,an-1an都和线段cd合同,而且b在an-1和an之间(阿基米德公理).
Ⅴ2一直线上的点集在保持公理Ⅰ1,Ⅰ2,Ⅱ,Ⅲ1,Ⅴ1的条件下,不可能再行扩充.
注1.有些《几何基础》书中,常以康托(cantor,1845—1918)
公理代替上述的Ⅴ2:
“一条直线上如果有线段的无穷序列a1b1,a2b2,a3b3,…,其中每一线段都在前一线段的内部,且对于任何线段pq总有一个n存在,使得anbn<pq,那么在这直线上必有且只有一点x落在a1b1,a2b2,a3b3,…的内部.”
注2.也有的书中,用与v1,v2等价的戴德金(dedekind,1831—1916)公理作为连续公理:
“如果线段ab及其内部的所有点能分为有下列性质的两类:
(1)每点恰属一类;a属于第一类,b属于第二类;
(2)第一类中异于a的每个点在a和第二类点之间.
那么,必有一点c,使a、c间的点都属于第一类,而c、b间的点都属于第二类.”