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命题

命题1

在一个已知的有限直线上作一个等边三角形。

设: AB 是已知的有限直线。

要求:在线段 AB 上作一个等边三角形。

A 为圆心,再将 AB 作为半径来画圆 BCD 。[公设3]

B 为圆心,再将 BA 作为半径来画圆 ACE 。[公设3]

从两个圆的交点 C A B ,连接线段 CA CB 。[公设1]

因为:点 A 是圆 CDB 的圆心,因此 AC 等于 AB ,[定义15]

又因:点 B 是圆 CAE 的圆心,因此 BC 等于 BA ,[定义15]

并且之前证明了 CA 等于 AB ,因而线段 CA CB 都等于 AB 。且等于同量的量相等,[公理1]

所以: CA 等于 CB

所以:三条线段 CA AB BC 均相等,

所以:三角形 ABC 是等边三角形,也就是在已经给出的有限直线 AB 上作了等边三角形。

这就是命题所要求作的。

命题2

将一个已知的点(当作端点),作一条线段等于已知的线段。

设: A 是已知的点, BC 则是已知线段,也就是,需要由点 A 作为端点,作一个等于已知的线段 BC

要求:从点 A 到点 B 连接线段 AB ,[公设1]

并且在 AB 上作等边三角形 DAB ,[I. 1]

再延长 DA DB 为直线 AE BF ,[公设2]

B 为圆心,将 BC 作为半径画圆 CGH ,[公设3]

之后再以 D 为圆心,以 DG 为半径画圆 GKL 。[公设3]

因为:点 B 是圆 CGH 的圆心,所以 BC 等于 BG ,[定义15]

D 是圆 GKL 的圆心,所以 DL 等于 DG ,[定义15]

又因: DA 等于 DB ,因此剩下的余量 AL 也就等于余量 BG ,[公理3]

并且已经证明了 BC 等于 BG ,因此线段 AL BC 都等于 BG ,并且因为等于同量的量彼此相等,[公理1]

所以: AL 也就等于 BC

所以:从已知的点 A 作的线段 AL 等于已知线段 BC

这就是命题所要求作的。

命题3

已知两条不相等的线段,从较长的线段上边截取一条线段,让它等于另外一条线段。

设: AB c 是两条不相等的线段,并且 AB 大于 c

要求:从较长的线段 AB 上,截取一条线段,让它等于较短的线段 c

从点 A 截取 AD ,让它等于线段 c ,[I. 2]

A 作为圆心,以 AD 为半径画出圆 DEF ,[公设3]

因为:点 A 是圆 DEF 的圆心,因此 AE 等于 AD ,[定义15]

又因: c 等于 AD ,因此线段 AE c 都等于 AD ;由此推断出, AE 等于 c ,[公理1]

所以:给定两条线段 AB c ,从较长的 AB 上截取 AE ,让它等于较短的线段 c

这就是命题所要求作的。

命题4

如果两个三角形的两边分别相等,并且相等的线段组成的夹角相等,就可以说这两个三角形的底边相等,三角形全等于三角形。因此,其余的两对应角亦相等。

设: ABC DEF 是两个三角形, AB 等于 DE AC 等于 DF ,并且角 BAC 等于角 E DF

因为:底边 BC 等于底边 EF ,三角形 ABC 全等于三角形 DEF ,剩下的角也分别相等,即角 ABC 等于角 DEF ,角 ACB 等于角 D FE

若将三角形 ABC 移动到三角形 DEF 上,如果点 A 落在点 D 上,并且线段 AB 落在 DE 上,已知 AB 等于 DE ,因此点 B 与点 E 重合,

又因: AB DE 重合,角 BAC 等于角 EDF ,因此线段 AC 也就与 DF 重合,

并且 AC 等于 DF ,因此点 C 也与点 F 重合,

又因: B 也与 E 重合,所以底 BC 也与底 EF 重合,

假定:在 B E 重合,并且 C F 也重合时,底 BC 若是不和底 EF 重合,那么二条直线就围成了一块空间,但这是不可能的。因此底 BC 就与底 EF 重合并相等,[公理4]

所以:整个三角形 ABC 与整个三角形 DEF 重合,因此它们是全等的,

所以:其余的角也与其余的角重合,所以它们全都相等,也就是角 ABC 等于角 DEF ,并且角 ACB 等于角 D FE

这就是命题所要求证明的。

命题5

等腰三角形的两个底角相等,如果向下延长两个腰所在的直线,那么在底边形成的两个角亦相等。

设: ABC 是一个等腰三角形,边 AB 等于边 AC ,延长 AB AC 成直线 BD CE 。[公设2]

求证:角 ABC 等于角 ACB ,并且角 CBD 等于角 B CE

如果从 BD 上任取一点 F ,又在较大的 AE 上截取线段 AG ,让它等于较小的 AF 。[I. 3]

连接 FC GB 。[公设1]

因为: AF 等于 AG ,且 AB 等于 AC ,两边 FA AC 分别等于边 GA AB ,并且它们包含着公共角 F AG

所以:底 FC 等于底 GB ,且三角形 AFC 全等于三角形 A GB

所以:剩下的角也分别相等,也就是相等的边所对的角,即角 ACF 等于角 ABG ,角 AFC 等于角 AGB 。[I. 4]

因为:整体 AF 等于整体 AG ,并且它们中的 AB 等于 AC ,因此余量 BF 等于余量 CG ,[公理3]

又因:已经证明了 FC 等于 GB ,因此,边 BF 等于 CG ,边 FC 等于 GB ,而角 BFC 等于角 C GB

并且底 BC 是公用的,因此,三角形 BFC 也全等于三角形 CGB ;并且,剩下的角也分别相等,也就是等边所对的角,

因此:角 FBC 等于角 GCB ,并且角 BCF 等于角 C BG

因为:已经证明了角 ABG 等于角 ACF ,而角 CBG 等于角 BCF ,剩下的角 ABC 等于剩下的角 ACB ,[公理3]

而它们都在三角形 ABC 的底边以上,

所以:角 FBC 等于角 GCB ,并且它们都在三角形的底边以下。

证完。

命题6

如果在一个三角形中,有两个角彼此相等,那么等角所对的边也彼此相等。

设:在三角形 ABC 中,角 ABC 等于角 A CB

求证:边 AB 等于边 AC

因为:若 AB 不等于 AC ,那么其中肯定有一个是比较大的边,假设 AB 是较大的边;从 AB 上截取 DB 等于较小的 AC ,[I. 3]

连接 DC

又因: DB 等于 AC ,并且 BC 是公用边,边 DB 等于 AC BC 等于 CB ,并且角 DBC 等于角 A CB

所以:底 DC 等于底 AB ,并且三角形 DBC 全等于三角形 ACB ,也就是小的等于大的:这并不合理,

所以: AB 必须等于 AC

证完。

命题7

过已知线段的两个端点,引出两条线段交于一点,那么不可能在这条线段(在它的两个端点)的同侧,有相交于另一点的另两条线段,分别等于前两条线段。即每个交点到相同端点的线段相等。

设:过 A B 两点作交于点 C 的两条线段 AC CB 。在同一侧,过 A B 两点作另外两条线段 AD DB ,相交于另外一点 D

因为:这二线段分别等于前面二线段,也就是每个交点到相同的端点,

因此: CA 等于 DA ,它们都有共同的端点 A ,而 CB 等于 DB ,它们也都有共同的端点 B ,连接 CD

又因: AC 等于 AD ,角 ACD 也就等于角 ADC ,[I. 5]

因此:角 ADC 大于角 DCB ,也就是角 CDB 比角 DCB 更大。

因为: CB 等于 DB ,并且角 CDB 等于角 DCB 。可是上述已证明角 CDB 更大于角 D CB

所以:这是不成立的。

证完。

命题8

如果两个三角形有两边分别相等,同时底也相等,那么这两个三角形的所有对应角亦相等。

设:三角形 ABC 和三角形 DEF ,两边 AB AC 分别等于两边 DE DF ,也就是 AB 等于 DE ,并且 AC 等于 DF

设:底 BC 等于底 EF

那么可以说:角 BAC 等于角 E DF

如果移动三角形 ABC 到三角形 DEF ,让点 B 落在点 E 上,线段 BC EF 上,点 C 也就和点 F 重合。

因为: BC 等于 EF

因此: BC EF 重合, BA AC 也和 ED DF 重合。

又因:若底 BC 与底 EF 重合,并且边 BA AC 不和 ED DF 重合,而是它们旁边的 EG G F 处,

那么:在已知的线段(在它的端点)以上有相较于一点的给定两条线段。此时,在同一侧,从同一线段的两个端点,作交于另一个点的其余两条线段,它们分别等于前面二线段,也就是每一交点到同一端点的连线。

然而,不能作后二线段。[I. 7]

设:把底 BC 移动到底 EF ,边 BA AC ED DF 不重合:以上并不成立,

因此:它们要重合,

所以:角 BAC 也重合并等于角 E DF

证完。

命题9

将一个已知的直线角二等分。

设:已知角 BAC 是一个直线角,要求将其二等分。

假设在 AB 上任意选取一点 D ,在 AC 上截取 AE AE 等于 AD ;[I. 3]

连接 DE ,并且在 DE 上作一个等边三角形 DEF ,连接 AF

所以:角 BAC AF 二等分。

因为: AD 等于 AE ,而 AF 是公用边,且底 DF 等于底 EF

因此:角 DAF 等于角 EAF 。[I. 8]

所以:直线 AF 二等分给定直线角 B AC

证完。

命题10

将一条线段二等分。

设: AB 是给定有限直线,要求二等分有限直线 AB

假设在 AB 上作一个等边三角形 ABC 。[I. 1]

并且设直线 CD 二等分角 ACB 。[I. 9]

可以说,线段 AB 在点 D 被二等分。

因为: AC 等于 BC ,而 CD 为公用边,角 ACD 等于角 B CD

因此:底 AD 等于底 BD 。[I. 4]

所以:将已知有限直线 AB 二等分于点 D

证完。

命题11

过已知直线上的一个点,可以作该直线的垂直线。

设: AB 是已知的直线, C 是直线上的已知点。

要求由点 C 作一条直线和直线 AB 成直角。

AC 上任意截取一个点 D ,并且使 CE 等于 CD ,[I. 3]。

DE 上作一个等边三角形 F DE

[I. 1],连接 FC

因此:直线 FC 就是在已知直线 AB 上的点 C 作的垂直线。

因为: DC 等于 CE ,而 CF 为公用边,并且底 DF 等于底 FE

因此:角 DCF 等于角 ECF 。[I. 8]

又因:角 DCF 与角 ECF 是邻角,

当一条直线和另一个直线相交成相等的邻角时,这些等角都是直角,[定义10]

所以:角 DCF FCE 都是直角,

所以:从已知的直线 AB 上的给定点 C 作的直线 CF AB 成直角。

证完。

命题12

从已知的无限直线外的一已知点作该直线的垂线。

设: AB 为已知的无限直线,并且假设给定点 C 不在直线上。

要求:从点 C 作无限直线 AB 的垂线。

令:在直线 AB 的另一侧任意取一个点 D ,并且以点 C 为圆心,以 CD 为半径作圆 EFG 。[公设3]

假设线段 EG 被点 H 二等分。[I. 10]

连接 CG CH CE 。[公设1]

因为: GH 等于 HE HC 为公用边,并且底 CG 等于 CE

因此:角 CHG 等于角 E HC

又因:角 CHG 与角 EHC 是邻角,[I. 8]

在两条直线相交成相等的邻角时,每一个角都是直角,就称一条直线垂直于另一条直线。[定义10]

所以:从不在所给定的无限直线 AB 外的给定点 C 作的 CH 垂直于 AB

证完。

命题13

两条直线相交,邻角或是两个直角,或是它们的和等于两个直角(180°)。

设:在直线 CD 上的任意一条直线 AB ,交成角 CBA 与角 ABD ,要么是两个直角,要么它们的和互补(180˚)。

如果:角 CBA 等于角 ABD ,则可以推断出它们是两个直角,[定义10]

若不是,假设 BE 是在点 B 所作的和 CD 成直角的直线,[I. 11]

因此:角 CBE 和角 EBD 是两个直角。

因为:角 CBE 等于角 CBA 与角 ABE 的和,那么将它们都加上角 EBD ;可以得出角 CBE EBD 的和就等于角 CBA ABE EBD 的和,[公理2]

又因:角 DBE 加上角 EBA 等于角 DBA ,那么角 DBA 加上角 ABC 等于角 DBE 加上角 EBA 再加上角 ABC ,等于两个直角(180˚),[公理2]

那么:角 CBE 与角 EBD 的和(180˚)也就证明了等于相同的三个角(60˚)的和。

因为:等于同量的量彼此相等,[公理1]

所以:角 CBE 、角 EBD 的和就等于角 DBA 、角 ABC 的和。

因为:角 CBE EBD 的和是两个直角,

所以:角 DBA ABC 的和等于两个直角。

证完。

命题14

如果两条不在同一边的直线过任意直线上的一点,且所构成的邻角等于两个直角的和(平角),那么这两条直线构成一条直线。

设: AB 为任意直线, B 是端点。直线 BC BD AB 不在同侧,邻角 ABC ABD 的和等于两个直角(180˚)。

那么: BD CB 在同一直线上。

假设: BD BC 不在同一直线上, BE CB 在同一直线上。

因为:直线 AB 位于直线 CBE 上面,角 ABC 、角 ABE 的和等于两个直角,而角 ABC ABD 的和等于两个直角,[I. 13]

因此:角 CBA 、角 ABE 的和等于角 CBA 、角 ABD 的和。

[公设4和公理1]

如果:从它们中各减去角 CBA ,就让剩下的角 ABE 等于剩下的角 ABD ,[公理3]

此时,小角等于大角:不符合常理,

所以:假设无法成立, BE CB 不在一条直线上。

同理可证:除 BD 外,再没有其他的直线和 CB 在同一直线上,

所以: CB BD 在同一直线上。

证完。

命题15

若两条直线相交,那么交成的对顶角相等。

设:直线 AB CD 相交于点 E

那么: AEC 等于角 DEB ,并且角 CEB 等于角 A ED

因为:直线 AE 位于直线 CD 上方,所构成的角 CEA AED ,两个角的和等于两个直角,

又因:直线 CE 位于直线 AB 的上方,所组成的角 AED DEB 的和等于两个直角,[I. 13]

并且之前证明了角 CEA AED 的和等于两个直角,

所以:角 CEA AED 的和等于角 AED DEB 的和,[公设4和公理1]

从它们中各自减去角 AED ,那么剩下的角 CEA 等于剩下的角 BED 。[公理3]

同理可证:角 CEB 等于角 D EA

证完。

推论 很明显,如果两条直线相交,那么在交点处所构成的角的和等于四个直角的和(360˚)。

命题16

在任意三角形中,将一边延长,那么外角大于任意一个不相邻的内角。

设: ABC 是一个三角形,延长边 BC 到点 D

那么:外角 ACD 大于内角 CBA 或角 B AC

线段 AC 被点 E 二等分,[I. 10]

连接 BE 并延长至点 F ,让 EF 等于 BE ,[I. 3]

连接 FC ,[公设1]

延长 AC G 。[公设2]

因为: AE 等于 EC BE 等于 EF ,两边 AE EB 分别等于两边 CE EF

又因:角 AEB 和角 FEC 是对相等顶角,[I. 15]

所以:底 AB 等于底 FC ,并且三角形 ABE 全等于三角形 CFE ,剩下等边所对的角也都分别相等,[I. 4]

BAE 等于角 E CF

又因:角 ECD 大于角 ECF ,[公理5]

所以:角 ACD 大于角 B AE

同理可证:如果 BC 被平分,那么角 BCG ,或是角 ACD ,[I. 15]

大于角 A BC

证完。

命题17

在任意一个三角形中,两内角之和小于两个直角(180°)。

设: ABC 是一个三角形。

那么:三角形 ABC 的任意两个角的和都小于两个直角。

BC 延长至点 D 。[公设2]

因为:角 ACD 是三角形 ABC 的外角,因此,它大于内对角 A BC

将角 ACB 与其他角相加,

那么:角 ACD ACB 的和,大于角 ABC BCA 的和。

因为:角 ACD ACB 的和等于两个直角,[I. 13]

所以:角 ABC BCA 的和小于二直角。

同理可证:角 BAC 、角 ACB 的和小于两个直角;角 CAB 、角 ABC 的和小于两个直角。

证完。

命题18

在任意一个三角形中,大边一定对大角。

设:在三角形 ABC 中,边 AC 大于边 AB

则可证:角 ABC 大于角 B CA

因为: AC 大于 AB ,截取 AD 等于 AB ,[I. 3]

连接 BD

因为:角 ADB 是三角形 BCD 的外角,大于内对角 DCB ,[I. 16]

又因:边 AB 等于边 AD

所以:角 ADB 等于角 A BD

所以:角 ABD 大于角 A CB

因此:角 ABC 大于角 A CB

证完。

命题19

在任意一个三角形中,大角一定对大边。

设:在三角形 ABC 中,角 ABC 大于角 B CA

则可证:边 AC 大于边 AB

若假设不是,那么边 AC 等于或者小于 AB

现假设 AC 等于 AB ,那么角 ABC 也会等于角 ACB 。[I. 5]

但事实上是不相等的。

因此: AC 不等于 AB

同理, AC 也不能小于 AB ,因为这样,角 ABC 也会小于角 ACB 。[I. 18]

但事实并非如此,因此: AC 不小于 AB

又因:已经证明了 AC 不能等于 AB

所以: AC 大于 AB

证完。

命题20

在任何三角形中,任意两边之和大于第三边。

设: ABC 是三角形。

则可证:在三角形 ABC 中,任意两边之和大于第三边。

也就是: BA AC 之和大于 BC AB BC 之和大于 AC BC CA 之和大于 AB

那么:延长 BA 至点 D ,让 DA 等于 CA ,连接 DC

因为: DA 等于 AC ,角 ADC 等于角 ACD ,[I. 5]

所以,角 BCD 大于角 ADC 。[公理5]

又因:在三角形 DCB 中,因为大角对大边,而角 BCD 大于角 BDC ,[I. 19]

所以: DB 大于 BC

并且 DA 等于 AC

所以: BA AC 的和大于 BC

同理可证: AB BC 的和大于 CA BC CA 的和大于 AB

证完。

命题21

如果从三角形的一边的两个端点,向三角形内部引两条相交的线段,那么从交点到两端点的线段和,小于三角形其余两边的和,其夹角大于三角形的顶角。

设:在三角形 ABC 的一条边 BC 上,从端点 B 、端点 C 作两条线段 BD DC ,相交于三角形内部。

则可证: BD DC 的和,小于三角形的其余两边 BA AC 的和,所夹的角 BDC 大于角 B AC

令:延长 BD AC 交于点 E

因为:在三角形中任意两边之和大于第三边,[I. 20]

所以:在三角形 ABE 中,边 AB AE 的和大于 BE

EC 加到以上各边,那么 BA AC 的和大于 BE EC 的和。

因为:在三角形 CED 中, CE ED 两边的和大于 CD

将它们分别与 DB 相加,

那么: CE EB 的和大于 CD DB 的和。

因为:已证明 BA AC 的和大于 BE EC 的和,

所以: BA AC 的和大于 BD DC 的和。

又因:在任何三角形中,外角大于内对角,[I. 16]

所以:在三角形 CDE 中,外角 BDC 大于角 C ED

同理可证:在三角形 ABE 中,外角 CEB 大于角 BAC 。而角 BDC 大于角 C EB

所以:角 BDC 比角 BAC 更大。

证完。

命题22

用等于已知三条线段的三条线段建立三角形,那么这三条线段中的任意两条线段的和,必须大于另外一条线段。

设:已知的三条线段是 a b c 。它们中任何两条之和大于另外一条。即 a b 的和大于 c a c 的和大于 b b c 的和大于 a

则可用等于 a b c 的三条线段,作一个三角形。

假设另外有一条直线 DE ,一端为 D ,另一端向 E 的方向无限延长,

令: DE 等于 a FG 等于 b GH 等于 b 。[I. 3]

F 为圆心, FD 为半径,画圆 DKL ;以 G 为圆心, GH 为半径,画圆 K LH

KLH 与圆 KLD 相交于 K ,并连接 KF KG

可以说:三角形 KFG 是由等于 a b c 的三条线段所做成的三角形。

因为:点 F DKL 的圆心,因此 FD 等于 FK

并且 FD 等于 a ,所以 KF 等于 a

又因:点 G 是圆 LKH 的圆心,因此 GH 等于 GK

所以: GH 等于 c

所以: KG 等于 c ,且 FG 等于 b

所以:三条线段 KF FG GK 等于已知的线段 a b c

因此:用分别等于已知线段 a b c 的三条线段 KF FG GK 作了三角形 K FG

证完。

命题23

已知直线和它上面的一点,作一个直线角等于已知直线角。

设: AB 是已知直线, A 是其上面的一个点,角 DCE 是已知的直线角。

则可从已知直线 AB 上选取的已知点 A ,作一个角等于给定直线角 D CE

令:在直线 CD CE 上分别任意取点 D E ,连接 DE

用等于 CD DE CE 的三条线段作三角形 AFG ,让 CD 等于 AF CE 等于 AG DE 等于 FG 。[I. 22]

因为: CD 等于 AF CE 等于 AG ,且底 DE 等于底 FG ;角 DCE 等于角 FAG ,[I. 8]

所以:在已知的直线 AB 和它上面已知点 A 作了直线角 FAG ,并等于已知直线角 D CE

证完。

命题24

假设在两个三角形中,有两条边分别相等,并且一个三角形的夹角大于另一个三角形的夹角,那么夹角大的所对的边也较大。

设: ABC DEF 是两个三角形,边 AB AC 分别等于边 DE DF ,也就是 AB 等于 DE AC 等于 DF ,并且在 A 的角大于在 D 的角。

可以说:底 BC 大于底 EF

因为:角 BAC 大于角 EDF ,在线段 DE 的点 D 作角 EDG ,等于角 BAC ,[I. 23]

令:截取 DG 等于 AC ,并且等于 DF ,连接 EG FG

那么: AB 等于 DE AC 等于 DG ,两边 BA 等于 ED AC 等于 DG

并且角 BAC 等于角 EDG ,因此底 BC 等于底 EG 。[I. 4]

由于 DF 等于 DG ,角 DGF 等于角 DFG ,[I. 5]

所以:角 DFG 大于角 E GF

因此:角 EFG 大于角 E GF

因为: EFG 是一个三角形,角 EFG 大于角 EGF ,并且较大角所对的边较大,[I. 19]

EG 大于 EF ,但 EG 等于 BC

所以: BC 大于 EF

证完。

命题25

假如在两个三角形中,有两条边分别对应相等,其中一个三角形的第三边比另一个大,那么第三边较大的所对的角也较大。

设: ABC DEF 是两个三角形,其中两边 AB AC 分别等于两边 DE DF ,即 AB 等于 DE AC 等于 DF ;并且设底 BC 大于底 EF

那么,可以说:角 BAC 大于角 E DF

若非如此,则角 BAC 小于或等于角 E DF

现在,先设角 BAC 不等于角 EDF ,否则底 BC 就会等于底 EF ,这与已知相矛盾,[I. 4]

所以:角 BAC 不等于角 E DF

又设角 BAC 不小于角 EDF ,那么底 BC 就会小于底 EF ,[I. 24]

但事实并非如此,

所以:角 BAC 不小于角 E DF

由于已证三角不相等,

所以:角 BAC 大于角 E DF

证完。

命题26

如果在两个三角形中,有两对角分别相等,并且有一条边相等,如果这条边是等角的夹边,又或是等角的对边,那么它们其他的边也相等,并且角也相等。

设:在三角形 ABC DEF 中,有两角分别相等,

即角 ABC 等于角 DEF ,角 BCA 等于角 E FD

又设:有一边等于另一边,可以先设它们是等角所夹的边,也就是 BC 等于 EF

那么可以说:其余的边也分别相等,也就是 AB 等于 DE AC 等于 DF

同样,其余的角也分别相等,即角 BAC 等于角 E DF

因为:如果 AB 不等于 DE ,那么其中有一条边较大,

设: AB 是较大的,截取 BG 等于 DE ,连接 GC

因为: BG 等于 DE BC 等于 EF

所以:两边 GB BC 分别等于 DE EF

又因:角 GBC 等于角 D EF

所以:底 GC 等于底 DF

因为:三角形 GBC 全等于三角形 DEF ,其余的角也分别相等,即等边相对的角对应相等,[I. 4]

所以:角 GCB 等于角 D FE

但是根据假设,角 DFE 等于角 B CA

所以:角 BCG 等于角 B CA

就是小的等于大的,这是不可能的,

因此: AB 不能不等于底 DE ,从而得出 AB 等于 DE

但是, BC 等于 EF

所以:两边分别相等,即 AB 等于 DE BC 等于 EF ,并且角 ABC 等于角 D EF

因此:底 AC 等于底 DF ,剩下的角 BAC 等于角 EDF 。[I. 4]

又设:等角的对边相等,比如 AB 等于 DE

那么可以说:其余的边分别相等,也就是 AC 等于 DF BC 等于 EF ,角 BAC 等于角 E DF

假如 BC 不等于 EF ,其中有一个较大,

又设: BC 是较大的,且 BH 等于 EF ,连接 AH

那么:由于 BH 等于 EF AB 等于 DE

所以:有两边分别相等,即 AB 等于 DE BH 等于 EF ,且它们的夹角相等,

所以:底 AH 等于底 DF ,三角形 ABH 全等于三角形 D EF

其余的角也互相相等,也就是等边所对的角相等,[I. 4]

所以:角 BHA 等于角 E FD

但是角 EFD 等于角 B CA

所以:在三角形 AHC 中,外角 BHA 等于内对角 BCA ;这是不可能的,[I. 16]

因此: BC 不能不等于 EF ,必须要等于。

但是, AB 等于 DE ,因此两边 AB BC 分别等于两边 DE EF ,它们所夹的角也相等,

所以:底 AC 等于底 DF

三角形 ABC 等于三角形 DEF ,并且其余的角 BAC 等于其余的角 EDF 。[I. 4]

证完。

命题27

假如一条直线和两条直线相交所成的错角彼此相等,那么这两条直线互相平行。

设:直线 EF 和两条直线 AB CD 相交所成的错角 AEF EFD 彼此相等。

那么可以说: AB 平行于 CD

事实上,如果两条直线不平行,在延长 AB CD 时,它们要么在 B D 方向,要么在 A C 方向相交,假设它们在 B D 方向相交于 G

所以:在三角形 GEF 中,外角 AEF 等于内对角 EFG :这是不可能的,[I. 16]

因此: AB CD 经过延长后在 B D 方向不相交。

同理可证:它们在 A C 方向也无法相交。

如果两条直线不在任何一方相交,那么就相互平行。[定义23]

所以: AB 平行于 CD

证完。

命题28

假如一条直线和两条直线相交所成的相同位置的角相等,又或者和旁内角的和等于两直角,那么这两条直线相互平行。

设:直线 EF 和两条直线 AB CD 相交所成的同位角 EGB GHD 相等,又或者同旁内角,即 BGH GHD 的和等于两直角。

那么可以说: AB 平行于 CD

因为:角 EGB 等于角 GHD ,角 EGB 等于角 AGH ,[I. 15]

又因:角 AGH 等于角 GHD ,并且它们是错角,

因此: AB 平行于 CD 。[I. 27]

因为:角 BGH GHD 的和等于两直角,并且角 AGH BGH 的和等于两直角,[I. 13]

AGH BGH 的和等于角 BGH GHD 的和。在前面两边各减去角 BGH ,那么剩下的角 AGH 等于剩下的角 GHD ,并且它们是错角,

所以: AB 平行于 CD 。[I. 27]

证完。

命题29

一条直线与两条平行线相交,则所成的内错角相等,同位角相等,且同旁内角的和等于两直角。

设:直线 EF 与两条平行线 AB CD 相交。

那么可以说:错角 AGH GHD 相等;同位角 EGB GHD 相等;同旁内角 BGH GHD 的和等于两直角。

因为:如果角 AGH 不等于角 GHD ,假设其中一个比较大,较大的角是 AGH 。在这两个角都加上角 BGH ,那么角 AGH BGH 的和大于角 BGH GHD 的和,

又因:角 AGH BGH 的和等于两直角,[I. 13]

所以:角 BGH GHD 的和小于两直角,

将两直线无限延长,在二角的和小于两直角这侧相交。[公设5]

所以:如果无限延长 AB CD 则必定会相交,但是它们并不相交。由于,假设它们是平行的。因此角 AGH 不能不等于角 GHD ,它们必须相等。

又因:角 AGH 等于角 EGB ,[I. 15]

所以:角 EGB 等于角 GHD ,[公理1]

在上面两边各加角 BGH ,那么角 EGB BGH 的和等于角 BGH GHD 的和。[公理2]

又因:角 EGB BGH 的和等于两直角,[I. 13]

所以:角 BGH GHD 的和等于两直角。

证完。

命题30

平行于同一条直线的两条直线,相互平行。

设:直线 AB CD 的每一条线都平行于 EF

那么可以说: AB 也平行于 CD

可设:直线 GK 与这三条直线相交,此时,由于直线 GK 和平行直线 AB EF 都相交,角 AGK 等于角 GHF 。[I. 29]

因为:直线 GK 和平行直线 EF CD 相交,角 GHF 等于角 GKD ,[I. 29]

又因:已证角 AGK 等于角 G HF

因此:角 AGK 等于角 GKD ;[公理1]

且它们都是错角,

所以: AB 平行于 CD

证完。

命题31

过一个给定点作一条直线平行于给定直线。

设:给定点 A ,给定直线 BC 。要求经过点 A 作一条直线平行于直线 BC

BC 上任意取一点 D ,连接 AD ;在直线 DA 上的点 A ,作角 DAE 等于角 ADC 。[I. 23]

假设直线 AF 是直线 EA 的延长线。

因为:直线 AD 和两条直线 BC EF 相交成彼此相等的错角 EAD A DC

所以: EAF 平行于 BC ,[I. 27]

所以:经过已知点 A 作了一条平行于已知直线 BC 的直线 E AF

作完。

命题32

在任意三角形中,如果延长一边,则形成的外角等于两个内对角的和,并且三角形的三个内角和等于两直角。

设: ABC 是一个三角形,延长边 BC D

那么可以说:角 ACD 等于两个内对角 CAB ABC 的和,并且三角形的三个内角和,也就是角 ABC BCA CAB 的和等于两直角。

可设:过点 C 作平行于直线 AB 的直线 CE 。[I. 31]

因为: AB 平行于 CE ,并且 AC 和它们相交,形成的错角 BAC 、错角 ACE 相等,[I. 29]

因为: AB 平行于 CE ,且直线 BD 与它们相交,同位角 ECD 与角 ABC 相等,[I. 29]

但已证,角 ACE 等于角 B AC

所以:整体角 ACD 等于两内对角 BAC ABC 的和。

将上面各边加上角 A CB

可以得出角 ACD ACB 的和等于三个角 ABC BCA CAB 的和。

又因:角 ACD ACB 的和等于两直角,[I. 13]

所以:角 ABC BCA CAB 的和等于两直角。

证完。

命题33

在同一方向(分别)连接相等且平行的线段端点,那么所连接成的线段也相互平行且相等。

设: AB CD 是相等且平行的直线,且 AC BD 是沿着同一方向(分别)连接它们端点的线段。

那么可以说: AC BD 相等且平行。连接 BC

因为: AB 平行 CD ,并且 BC 与它们相交,错角 ABC 与角 BCD 相等,[I. 29]

又因: AB 等于 CD ,并且 BC 公用,

两边 AB BC 分别等于两边 DC CB ,角 ABC 等于角 B CD

所以:底 AC 等于底 BD ,并且三角形 ABC 全等于三角形 DCB 。剩下的角也分别相等,也就是相等边所对的角,[I. 4]

所以:角 ACB 等于角 C BD

由于,直线 BC 同时与两直线 AC BD 相交所成的错角相等, AC 平行于 BD ,[I. 27]

已证它们也相等。

证完。

命题34

在平行四边形面中,对边相等,对角相等且对角线二等分其面。

设: ACDB 是平行四边形面, BC 是对角线。

那么可以说:平行四边形面 ACDB 的对边相等,对角相等,对角线 BC 二等分此面。

实际上,因为 AB 平行于 CD ,并且直线 BC 和它们相交的错角 ABC 与错角 BCD 相等,[I. 29]

又因: AC 平行于 BD ,且 BC 与它们相交,内错角 ACB CBD 相等,[I. 29]

所以: ABC DCB 是有两个角 ABC BCA 分别等于角 DCB CBD 的三角形,并且一条边等于一条边,也就是与等角相邻并且是二者公共的边 BC

所以:其余的边也分别相等,其余的角也分别相等,[I. 26]

所以:边 AB 等于 CD AC 等于 BD ,并且角 BAC 等于角 C DB

因为:角 ABC 等于角 BCD ,角 CBD 等于角 ACB ,整体角 ABD 等于整体角 ACD ,[公理2]

因此:也证明了角 BAC 等于角 C DB

所以:在平行四边形面中,对边彼此相等,对角也相等。

然后,证明对角线二等分其图形。

因为: AB 等于 CD ,并且 BC 公用,

两边 AB BC 分别等于两边 DC CB ,并且角 ABC 等于角 B CD

因此:底 AC 等于底 DB ,三角形 ABC 全等于三角形 DCB ,[I. 4]

所以:对角线 BC 二等分平行四边形 AC DB

证完。

命题35

同底并且在相同两条平行线之间的平行四边形面积彼此相等。

设: ABCD EBCF 是平行四边形,有着同底 BC ,并且在相同两平行线 AF BC 之间。

那么可以说:平行四边形 ABCD 等于平行四边形 EB CF

因为: ABCD 是平行四边形,因此 AD 等于 BC ,[I. 34]

同理可证: EF 等于 BC ,而 AD 等于 EF 。[公理1]

又因: DE 为公用,因此整体 AE 等于整体 DF ,[公理2]

AB 等于 DC ,[I. 34]

所以:两边 EA AB 分别等于两边 FD DC ,且由于同位角相等,角 FDC 等于角 EAB ,[I. 29]

因此:底 EB 等于底 FC

且三角形 EAB 全等于三角形 FDC 。[I. 4]

从上边每一个减去三角形 D GE

那么剩余的不规则四边形仍然相等,即四边形 ABGD 等于四边形 EGCF 。[公理3]

在上面两个图形加上三角形 G BC

那么整体平行四边形 ABCD 等于整体平行四边形 EBCF 。[公理2]

证完。

命题36

等底且在相同两条平行线之间的平行四边形面积彼此相等。

设: ABCD EFGH 是平行四边形,它们在等底 BC FG 上。并且在相同的平行线 AH BG 之间。

那么可以说:平行四边形 ABCD 面积等于 EFGH 面积。连接 BE CH 。由于 BC 等于 FG FG 等于 EH ,因此 BC 等于 EH 。[公理1]

由于它们也相互平行。

连接 EB HC

因为:在同方向(分别)连接相等且平行的(在端点)线段相等且平行,[I. 33]

所以: EBCH 是一个平行四边形,[I. 34]

并且它等于平行四边形 ABCD ,由于有相同底 BC ,并在相同平行线 BC AH 之间。[I. 35]

同理可证:平行四边形 EFGH 等于同一个平行四边形 EBCH ,[I. 35]

所以:平行四边形 ABCD 等于平行四边形 EFGH 。[公理1]

证完。

命题37

同底且在相同两条平行线之间的三角形彼此相等。

设:三角形 ABC 、三角形 DBC 同底,并处在相同平行线 AD BC 之间。

那么可以说:三角形 ABC 等于三角形 D BC

向两个方向延长 AD E F ;过 B 点作 BE 平行于 CA ,[I. 31]

C 点作 CF 平行于 BD

那么图形 EBCA 、图形 DBCF 的每一个都是平行四边形;并且它们相等。

因为:它们在同底 BC 上,并且在两平行线 BC EF 之间,[I. 35]

又因:对角线 AB 二等分三角形 ABC ,因此:三角形 ABC 是平行四边形 EBCA 的一半,[I. 34]

[相等的量一半也彼此相等。]

所以:三角形 ABC 等于三角形 D BC

证完。

命题38

等底且在相同两条平行线之间的三角形彼此相等。

设:三角形 ABC 、三角形 DEF 在等底 BC EF 上,并且在相同两条平行线 BF AD 之间。

那么可以说:三角形 ABC 等于三角形 D EF

因为:向两个方向延长 AD G H ;过 B BG 平行于 CA ,[I. 31]

F FH 平行于 DE

那么图形 GBCA DEFH 每一个都是平行四边形,并且相等。

因为:它们在等底 BC EF 上,并且在相同的两条平行直线 BF GH 之间,[I. 36]

同时,由于对角线 AB 二等分平行四边形 GBCA ,因此,三角形 ABC 是平行四边形 GBCA 的一半,[I. 34]

又因:对角线 DF 二等分平行四边形 DEFH ,因此,三角形 FED 是平行四边形 DEFH 的一半,[I. 34]

[等量的一半也彼此相等。]

所以:三角形 ABC 等于三角形 D EF

证完。

命题39

同底且同侧的相等三角形,也在相同的两条平行线之间。

设: ABC DBC 是相等的三角形,有共同底 BC ,且在 BC 同一侧。

[那么可以说:它们在相同两条平行线之间。]

如果连接 AD

那么可以说: AD 平行于 BC 。因为如果不平行,经过点 A AE 平行于直线 BC ,[I. 31]

连接 EC

所以:三角形 ABC 等于三角形 E BC

因为:它们在同底 BC 上,并且在相同的两条平行线之间,[I. 37]

又因:三角形 ABC 等于三角形 DBC ,所以:三角形 DBC 等于三角形 EBC ,[公理1]

大的等于小的,不符合常理,

所以: AE 不能平行于 BC

同理可证:除 AD 外,任何其他直线都不平行于 BC

所以: AD 平行于 BC

证完。

命题40

等底且在同侧的相等三角形也在相同的平行线之间。

设: ABC CDE 是相等的三角形,并有等底 BC CE ,并在底的同侧。

那么可以说:两个三角形在相同的两条平行线之间。如果连接 AD

那么: AD 平行于 BE

假如不是这样,设 AF 经过点 A ,平行于 BE 。[I. 31]

连接 FE

所以:三角形 ABC 等于三角形 FCE 。因为它们在等底 BC CE 上,并在相同平行线 BE AF 之间。[I. 38]

但是,三角形 ABC 等于三角形 D CE

所以:三角形 DCE 等于三角形 F CE

大的等于小的:不符合常理,

所以: AF 不平行于 BE

同理可证:除了 AD 外,其他任何直线都不平行于 BE

所以: AD 平行于 BE

证完。

命题41

若一个平行四边形和一个三角形同底,并且在两条平行线之间,那么平行四边形是这个三角形的二倍。

设:平行四边形 ABCD 和三角形 EBC 有共同底 BC ,又在相同平行线 BC AE 之间。

那么可以说:平行四边形 ABCD 是三角形 BEC 的二倍。

连接 AC

因为:三角形 ABC 和三角形 EBC 相等,又有同底 BC ,且二者在相同平行线 BC AE 间,因此两个三角形相等,[I. 37]

又因:对角线 AC 二等分 ABCD ,因此:平行四边形 ABCD 是三角形 ABC 的二倍,[I. 34]

所以:平行四边形 ABCD 也是三角形 EBC 的二倍。

证完。

命题42

用给定的直线角作平行四边形,让它等于已知的三角形。

设: ABC 是已知三角形,且 D 是给定直线角,用直线角 D 作一个平行四边形等于三角形 A BC

BC 二等分于 E ,连接 AE

在直线 EC 上的点 E 作角 CEF ,让它等于给定角 D 。[I. 23]

经过 A AG 平行于 EC ,[I. 31]

经过 C CG 平行于 EF

因此: EFCG 是平行四边形。

因为: BE 等于 EC

又因:在相等的底 BE EC 上,并在相同的平行线 BC AG 之间,

因此:三角形 ABE 等于三角形 AEC ,[I. 38]

所以:三角形 ABC 是三角形 AEC 的二倍。

因为:平行四边形 FECG 等于三角形 AEC 的二倍,因此:它们同底并在相同的平行线之间,[I. 41]

所以:平行四边形 FECG 等于三角形 A BC

并且角 CEF 等于给定角 D

所以:作了平行四边形 FECG ,等于已知三角形 ABC ,并有一个角 CEF 等于给定角 D

作完。

命题43

在任意平行四边形中,跨在对角线两边平行四边形的补形彼此相等。

设: ABCD 是平行四边形, AC 是它的对角线; AC 也是平行四边形 EH FG 的对角线。把 BK KD 称为补形(也就是填满空间的图形)。

那么可以说:补形 BK 等于补形 KD

因为: ABCD 是平行四边形,并且 AC 是它的对角线。三角形 ABC 等于三角形 ACD ,[I. 34]

又因: EH 是平行四边形,并且 AK 是它的对角线,三角形 AEK 等于三角形 A HK

同理可证:三角形 KFC 等于三角形 K GC

因为:三角形 AEK 等于三角形 AHK ,且 KFC 等于 KGC ,因此:三角形 AEK KGC 的和等于三角形 AHK KFC 的和,[公理2]

又因:整体三角形 ABC 等于整体三角形 A DC

所以:剩下的补形 BK 等于补形 KD 。[公理3]

证完。

命题44

以给定的直线角,对给定的线段贴合出平行四边形,让它的面积等于给定三角形。

设: AB 是已知线段, C 是给定三角形, D 是给定直线角。求用已知线段 AB ,以及等于 D 的一个角,贴合出一个平行四边形,等于给定三角形 C

设:作等于三角形 C 的平行四边形是 BEFG ,角 EBG 等于角 D ,[I. 42]

移动线段 BE 到直线 AB 上,延长 FG H ,过 A AH 平行于 BG EF 。[I. 31]

连接 HB

因为:直线 HF 交平行线 AH EF ;角 AHF HFE 的和等于两直角,[I. 29]

所以:角 BHG GFE 的和小于两直角,且将直线无限延长后在小于两直角的一侧相交,[公设5]

所以: HB FE 延长后会相交,设延长之后交点为 K ,过点 K KL 平行于 EA FH ,[I. 31]

设: HA GB 延长至点 L M

因为: HLKF 是平行四边形, HK 是其对角线; AG ME 是平行四边形; LB BF 是关于 HK 的补形,

所以: LB 等于 BF 。[I. 43]

因为: BF 等于三角形 C ,因此 LB 等于 C ,[公理1]

又因:角 GBE 等于角 ABM ,[I. 15]

此时角 GBE 等于角 D ,角 ABM 等于角 D

所以:对线段 AB 贴合出的平行四边形 LB 等于已知三角形 C ,并且角 ABM 等于给定角 D

作完。

命题45

用给定直线角作一个平行四边形,使其等于给定的直线形。

设: ABCD 是给定的直线形, E 是给定直线角。

要求:作一个平行四边形,使其等于直线形 ABCD ,且角等于给定直线角 E

连接 DB ,假设作的等于三角形 ABD 的平行四边形是 FH ,角 HKF 等于角 E ;[I. 42]

设:对线段 GH 贴合一平行四边形 GM 等于三角形 DBC ,角 GHM 等于角 E 。[I. 44]

因为:角 E 等于角 HKF 和角 GHM ,因此:角 HKF 等于角 GHM ,[公理1]

将角 KHG 加在上面各边,得出角 FKH KHG 的和等于角 KHG GHM 的和,

又因:角 FKH KHG 的和等于两直角,[I. 29]

所以:角 KHG GHM 的和等于两直角,

如此,用线段 GH 和它上面的点 H ,不在它同侧的两线段 KH HM 作成相邻的二角和等于两直角,

所以: KH HM 在同一条直线上。[I. 14]

又因:直线 HG 和平行线 KM FG 相交,错角 MHG HGF 相等,[I. 29]

将角 HGL 加在以上各边,

那么角 MHG HGL 的和等于角 HGF HGL 的和。[公理2]

因为:角 MHG HGL 的和等于两直角,[I. 29]

所以:角 HGF HGL 的和等于两直角,[公理1]

所以: FG GL 在同一条直线上。[I. 14]

因为: FK 平行且等于 HG ,[I. 34]

HG 也平行且等于 ML ,于是, KF 也平行且等于 ML ,[公理1,I. 30]

连接线段 KM FL 的端点处, KM FL 平行且相等,[I. 33]

所以: KFLM 是平行四边形。

因为:三角形 ABD 等于平行四边形 FH ,三角形 DBC 等于平行四边形 GM ,整体直线形 ABCD 等于整体平行四边形 KF LM

所以:作了一个等于给定直线形 ABCD 的平行四边形 KFLM ,其中,角 FKM 等于给定角 E

作完。

命题46

在给定线段上作正方形。

设: AB 是给定的线段,要求在 AB 上作一个正方形。

AC 是从线段 AB 上的点 A 所画的直线,并与 AB 成直角。[I. 11]

截取 AD 等于 AB

过点 D DE 平行于 AB ,过点 B BE 平行于 AD ,因此 ADEB 是平行四边形;从而 AB 等于 DE ,并且 AD 等于 BE 。[I. 34]

因为: AB 等于 AD

所以:四条线段 BA AD DE EB 相等;所以平行四边形 ADEB 等边。

然后,证明四个角都是直角。

因为:线段 AD 和平行线 AB DE 相交,角 BAD ADE 的和等于两直角,[I. 29]

又因:角 BAD 是直角,

因此:角 ADE 也是直角,在平行四边形面中,对边及对角相等,[I. 34]

所以:对角 ABE BED 中的每一个也都是直角,所以 ADEB 是直角。

由于已经证明平行四边形 ADEB 是等边的,

所以:它是在线段 AB 上所作的正方形。

证完。

命题47

在直角三角形中,直角所对边上的正方形等于两直角边上的正方形的和。

设: ABC 是直角三角形,给定角 BAC 是直角。

那么可以说: BC 上的正方形等于 BA AC 上的正方形之和。

实际上,在 BC 上作正方形 BDEC ,在 BA AC 上作正方形 GB HC 。[I. 46]

A AL 平行于 BD CE ,连接 AD FC

因为:角 BAC BAG 的每一个角都是直角,过直线 BA 上点 A 的两条直线 AC AG ,不在直线 BA 的同一侧,且和直线 BA 所成的两邻角的和等于两直角,

所以: CA AG 在同一条直线上。[I. 14]

同理可证: BA AH 也在同一条直线上。

因为:角 DBC 等于角 FBA ,因为每个角都是直角,给以上两角分别加上角 A BC

所以:整体角 DBA 等于整体角 FBC 。[公理2]

因为: DB 等于 BC FB 等于 BA ;两边 AB BD 分别等于两边 FB BC

又因:角 ABD 等于角 F BC

所以:底 AD 等于底 FC ,并且三角形 ABD 全等于三角形 FBC ,[I. 4]

所以:平行四边形 BL 等于三角形 ABD 的二倍,由于它们有同底 BD ,并在平行线 BD AL 之间。[I. 41]

因为:正方形 GB 与三角形 FBC 同底 FB ,并且在相同平行线 FB GC 之间,

所以:正方形 GB 是三角形 FBC 的二倍,[I. 41]

[等量的二倍仍彼此相等。]

所以:平行四边形 BL 等于正方形 GB

同理可证:连接 AE BK 也能证明平行四边形 CL 等于正方形 HC

所以:整体正方形 BDEC 等于两个正方形 GB HC 的和。[公理2]

因为:正方形 BDEC 是在 BC 上作的,正方形 GB HC 是在 BA AC 上作的,

所以:在边 BC 上的正方形等于边 BA AC 上的正方形的和。

证完。

命题48

在三角形中,如果一边上的正方形等于另外两边上的正方形的和,那么夹在另外两边之间的角是直角。

设:在三角形 ABC 中,边 BC 上的正方形等于边 BA AC 上的正方形的和。

那么可以说: BAC 是直角。

设:在点 A AD AC 成直角,取 AD 等于 BA ,连接 DC

因为: DA 等于 AB DA 上的正方形等于 AB 上的正方形,

给上面的正方形各边加上 AC 上的正方形,

那么 DA AC 上的正方形的和等于 BA AC 上的正方形的和。

又因: DC 上的正方形等于 DA AC 上的正方形的和,由于角 DAC 是直角,[I. 47]

由于假设, BC 上的正方形等于 BA AC 上的正方形的和,

所以: DC 上的正方形等于 BC 上的正方形,如此,边 DC 等于边 BC

因为: DA 等于 AB AC 公用,

两边 DA AC 等于两边 BA AC ;并且底 DC 等于底 BC

所以:角 DAC 等于角 BAC 。[I. 8]

又因: DAC 是直角,

所以:角 BAC 也是直角。

证完。 aetrlQW8ALUGme8wgZEjSdHvMvFbnvUgyXPXJvgR85iKLGuYtZKny54lEp5FC4lv

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