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。
以 A 为圆心,再将 AB 作为半径来画圆 BCD 。[公设3]
以 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 到 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。
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]
以 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]
点 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。
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]
将 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。
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 与 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 与 E 重合,并且 C 与 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。
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 和 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。
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。
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。
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 在 EF 上,点 C 也就和点 F 重合。
因为: BC 等于 EF ,
因此: BC 和 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 和 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。
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 被 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。
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。
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。
在 AC 上任意截取一个点 D ,并且使 CE 等于 CD ,[I. 3]。
从 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 和 AB 成直角。
证完。
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。
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。
设: AB 为任意直线, B 是端点。直线 BC 、 BD 与 AB 不在同侧,邻角 ABC 、 ABD 的和等于两个直角(180˚)。
那么: BD 和 CB 在同一直线上。
假设: BD 和 BC 不在同一直线上, BE 和 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 和 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 和 BD 在同一直线上。
证完。
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˚)。
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 至 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]
角 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。
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。
将 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。
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。
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。
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。
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 与 DC 的和,小于三角形的其余两边 BA 与 AC 的和,所夹的角 BDC 大于角 B AC 。
令:延长 BD 和 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 与 AE 的和大于 BE 。
将 EC 加到以上各边,那么 BA 与 AC 的和大于 BE 与 EC 的和。
因为:在三角形 CED 中, CE 与 ED 两边的和大于 CD ,
将它们分别与 DB 相加,
那么: CE 与 EB 的和大于 CD 与 DB 的和。
因为:已证明 BA 与 AC 的和大于 BE 与 EC 的和,
所以: BA 与 AC 的和大于 BD 与 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。
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 与 b 的和大于 c ; a 与 c 的和大于 b ; b 与 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]
以 F 为圆心, FD 为半径,画圆 DKL ;以 G 为圆心, GH 为半径,画圆 K LH 。
圆 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 是 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。
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。
设: ABC 、 DEF 是两个三角形,边 AB 与 AC 分别等于边 DE 与 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]
边 EG 大于 EF ,但 EG 等于 BC ,
所以: BC 大于 EF 。
证完。
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。
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。
设:直线 EF 和两条直线 AB 、 CD 相交所成的错角 AEF 与 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。
设:直线 EF 和两条直线 AB 、 CD 相交所成的同位角 EGB 和 GHD 相等,又或者同旁内角,即 BGH 与 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]
角 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。
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。
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。
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 。
从 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。
设: ABC 是一个三角形,延长边 BC 至 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。
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。
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 与 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。
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]
且 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。
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。
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 到 E 、 F ;过 B 点作 BE 平行于 CA ,[I. 31]
过 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。
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 至 G 、 H ;过 B 作 BG 平行于 CA ,[I. 31]
过 F 作 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。
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 作 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。
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。
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。
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 。
将 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 作 AG 平行于 EC ,[I. 31]
经过 C 作 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。
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 与 KGC 的和等于三角形 AHK 与 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。
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 至 H ,过 A 作 AH 平行于 BG 或 EF 。[I. 31]
连接 HB 。
因为:直线 HF 交平行线 AH 、 EF ;角 AHF 与 HFE 的和等于两直角,[I. 29]
所以:角 BHG 和 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 作 KL 平行于 EA 或 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。
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 和 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 和 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 与 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。
设: AB 是给定的线段,要求在 AB 上作一个正方形。
让 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 作 DE 平行于 AB ,过点 B 作 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。
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]
过 A 作 AL 平行于 BD 或 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 与 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 与 AG 在同一条直线上。[I. 14]
同理可证: BA 与 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。
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 作 AD 与 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。