s-1
|
Otevření
neeukleidovských
geometrických
světů
|
s-2
|
/Čtvrté
rozpravy
s
geometrií,
3.
část/
|
s-3
|
PETR
VOPĚNKA
|
s-4
|
V
dalším
se
tedy
i
my
budeme
opírat
o
tvrzení,
že
je-li
ABC
trojúhelník
a
vchází-li
do
něho
přímka
b
vrcholem
A,
pak
protíná
stranu
BC,
a
podobně
i
o
tvrzení,
že
protíná-li
přímka
b
stranu
BC
a
neprochází-li
vrcholem
A,
pak
protíná
buď
stranu
AB,
nebo
stranu
AC,
aniž
bychom
měli
špatné
svědomí,
že
tím
provádíme
cosi
nedovoleného.
|
s-5
|
Buď
Q
nějaký
bod
ležící
na
přímce
q,
který
je
různý
od
bodu
P.
|
s-6
|
Úsečku
Q
rozlomíme
na
dvě
části.
|
s-7
|
První
z
nich
je
geometrickým
místem
bodů
ležících
na
této
úsečce,
jejichž
spojnice
s
bodem
P
nikdy
neprotnou
přímku
p.
|
s-8
|
Druhá
část
je
geometrickým
místem
bodů
ležících
na
této
úsečce,
jejichž
spojnice
s
bodem
P
protnou
přímku
p.
|
s-9
|
Leží-li
bod
X
v
první
z
těchto
částí
a
leží-li
bod
Y
na
úsečce
XQ,
pak
zřejmě
i
bod
Y
leží
v
první
z
těchto
částí.
|
s-10
|
Podobně
leží-li
bod
X
ve
druhé
z
těchto
částí
a
leží-li
bod
Y
na
úsečce
X
,
pak
zřejmě
i
bod
Y
leží
ve
druhé
z
těchto
částí.
|
s-11
|
Rozdělení
úsečky
P
na
tyto
dvě
části
je
tedy
vskutku
jejím
rozlomením.
|
s-12
|
Buď
S
bod
v
němž
k
tomuto
rozlomení
dochází
(viz
obr.
9).
|
s-13
|
Přímka
PS
nikdy
neprotne
přímku
p.
|
s-14
|
Kdyby
ji
totiž
protla
v
nějakém
bodě
A,
pak
též
přímka
PB,
kde
bod
B
leží
na
polopřímce
P
za
bodem
A,
protíná
přímku
p,
ale
zároveň
i
úsečku
SQ
v
nějakém
jejím
vnitřním
bodě
C.
|
s-15
|
Avšak
vnitřní
body
úsečky
SQ
náležejí
do
první
shora
uvedených
částí,
na
něž
jsme
rozlomili
úsečku
P,
a
tedy
spojnice
bodů
PC
nemůže
protnout
přímku
p,
což
je
spor.
|
s-16
|
Ze
všech
přímek,
které
procházejí
bodem
P
a
neprotínají
přímku
p,
svírá
tedy
přímka
PS
nejmenší
úhel
s
přímkou
P
P
.
|
s-17
|
Přímku
PS
nazýváme
souběžkou
přímky
p
v
bodě
P.
|
s-18
|
Druhou
souběžkou
přímky
p
v
bodě
P
je
pak
přímka
souměrná
s
přímkou
PS
podle
osy
P
P
.
|
s-19
|
Směr
od
bodu
P
k
bodu
S
na
přímce
PS
nazýváme
směrem
souběžnosti
souběžky
PS
s
přímkou
p
v
bodě
P.
|
s-20
|
Úhel
SP
nazýváme
úhlem
souběžnosti
bodu
P
s
přímkou
p.
|
s-21
|
Zřejmě
tento
úhel
je
vždy
ostrý.
|
s-22
|
Tvrzení
1.
|
s-23
|
Buď
s
souběžka
p
v
bodě
P,
buď
Q
bod
ležící
na
přímce
s.
|
s-24
|
Potom
přímka
s
je
souběžkou
přímky
p
v
bodě
Q
a
její
směr
souběžnosti
s
přímkou
p
je
v
bodě
Q
týž
jako
v
bodě
P.
|
s-25
|
Důkaz.
|
s-26
|
Buďte
P
,
Q
paty
kolmic
spuštěných
z
bodů
P,
Q
na
přímku
p.
|
s-27
|
Buď
q
souběžka
přímky
p
v
bodě
Q,
jejíž
směr
souběžnosti
míří
z
bodu
Q
do
téže
poloroviny
určené
přímkou
Q
jako
směr
souběžnosti
přímky
s
v
bodě
P.
|
s-28
|
Předpokládejme,
že
přímky
s,
q
jsou
různé.
|
s-29
|
Na
přímce
q
zvolme
bod
A
různý
od
bodu
Q
tak,
aby
směr
od
bodu
Q
k
bodu
A
mířil
do
téže
poloroviny
určené
přímkou
Q
jako
směr
od
bodu
P
k
bodu
Q
(viz
obr.
10,
11).
|
s-30
|
Přímka
PA
svírá
s
přímkou
P
P
úhel
menší,
než
je
úhel
souběžnosti
bodu
P
s
přímkou
p,
a
protne
tedy
přímku
p
v
bodě
B.
|
s-31
|
Odtud
je
patrno,
že
přímka
q
protne
stranu
Q
trojúhelníku
A,
což
je
spor.
|
s-32
|
Jakmile
jsme
dokázali
toto
tvrzení,
nemusíme
již
dodávat,
v
kterém
svém
bodě
je
přímka
s
souběžkou
přímky
p
a
v
kterém
bodě
je
míněn
směr
souběžnosti
s
přímkou
p.
|
s-33
|
Tvrzení
2.
|
s-34
|
(a)
Buďte
p,
q
různé
přímky,
buď
u
přímka
protínající
přímku
p
v
bodě
P
a
přímku
q
v
bodě
Q,
kde
P,
Q
jsou
různé
body.
|
s-35
|
Nechť
součet
vnitřních
úhlů,
které
svírají
přímky
p,
q
s
přímkou
u
po
její
jedné
straně
je
roven
dvěma
úhlům
pravým.
|
s-36
|
Potom
lze
vytvořit
společno
kolmici
přímek
p,
q.
|
s-37
|
(b)
Buď
q
souběžka
přímky
p.
|
s-38
|
Potom
přímky
p,
q
nemohou
mít
žádnou
společnou
kolmici.
|
s-39
|
Důkaz.
|
s-40
|
(a)
Buď
střed
úsečky
P,
Q,
buď
A
bod,
jenž
je
patou
kolmice
spuštěné
z
bodu
S
na
přímku
p,
buď
B
bod
ležící
na
přímce
q
na
druhé
straně
přímky
u
než
bod
A,
přičemž
úsečky
AP,
BQ
jsou
stejně
dlouhé.
|
s-41
|
Protože
úhly
APS,
SQB
jsou
stejně
veliké,
jsou
trojúhelníky
SPA,
SQB
shodné.
|
s-42
|
Přímka
SB
je
tedy
kolmá
na
přímku
q.
|
s-43
|
Protože
také
úhly
QSB,
PSA
jsou
stejně
veliké,
leží
body
A,
S,
B
na
přímce.
|
s-44
|
Přímka
AB
je
tedy
společnou
kolmicí
přímek
p,
q
(viz
obr.
12).
|
s-45
|
(b)
Buď
R
bod
ležící
na
přímce
q,
buď
R
pata
kolmice
spuštěné
z
bodu
R
na
přímku
p.
|
s-46
|
Nechť
přímka
q
je
kolmá
na
přímku
R
R
.
|
s-47
|
Poněvadž
q
je
souběžkou
přímky
p,
je
její
souběžkou
i
v
bodě
R,
a
tedy
úhel
souběžnosti
bodu
R
s
přímkou
p
je
pravý,
což
je
spor.
|
s-48
|
Vzdáleností
bodu
X
od
přímky
p
rozumíme
délku
úsečky
X
X
,
kde
X
je
pata
kolmice
spuštěné
z
bodu
X
na
přímku
p.
|
s-49
|
Ze
všech
bodů
ležících
na
přímce
p
má
bod
X
nejmenší
vzdálenost
od
bodu
X,
což
okamžitě
nahlédneme,
uvědomíme-li
si,
že
v
pravoúhlém
trojúhelníku
je
přepona
delší
než
kterákoliv
odvěsna.
|
s-50
|
To
je
opět
bezprostředním
důsledkem
tvrzení,
podle
něhož
v
trojúhelníku
proti
delší
straně
leží
větší
úhel,
které
dokážeme
následujícím
způsobem.
|
s-51
|
Nechť
strana
AB
v
trojúhelníku
ABC
je
delší
než
strana
AC.
|
s-52
|
Buď
D
bod
na
úsečce
AB
takový,
že
úsečka
AD
je
stejně
dlouhá
jako
úsečka
AB
(viz
obr.
13).
|
s-53
|
Trojúhelník
ACD
je
rovnoramenný,
a
tedy
úhel
ACD
je
stejně
veliký
jako
úhel
ADC.
|
s-54
|
Úhel
ACB
je
větší
než
úhel
ACD
a
podle
tvrzení
1
z
předcházejícího
pojednání
o
úhlech
je
úhel
ADC
větší
než
úhel
ABC.
|
s-55
|
Tvrzení
3.
|
s-56
|
Buď
q
souběžka
přímky
p.
|
s-57
|
Buďte
P,
Q
různé
body
ležící
na
přímce
q.
|
s-58
|
Nechť
směr
od
bodu
P
k
bodu
Q
je
směrem
souběžnosti
přímky
q
s
přímkou
p.
|
s-59
|
Potom
bod
P
má
od
přímky
p
větší
vzdálenost
než
bod
Q.
|
s-60
|
Důkaz.
|
s-61
|
Buďte
P
,
Q
paty
kolmic
spuštěných
z
bodů
P,
Q
na
přímku
p.
|
s-62
|
Předpokládejme,
že
úsečka
Q
je
delší
než
úsečka
P
.
|
s-63
|
Buď
R
bod
na
úsečce
Q
takový,
že
úsečka
Q
je
stejně
dlouhá
jako
P
P
(viz.
obr.
14).
|
s-64
|
Potom
PQ
je
Saccheriho
čtyřúhelník
a
podle
tvrzení
o
souměrnosti
těchto
čtyřúhelníků
je
přímka
PR
kolmá
na
přímku
EF,
kde
E
je
střed
úsečky
PQ
a
F
je
střed
úsečky
PR.
|
s-65
|
Podle
tvrzení
3
ze
šesté
kapitoly
prvních
Rozprav
přímka
PR
nikdy
neprotne
přímku
p.
|
s-66
|
Je-li
bod
R
různý
od
bodu
Q,
pak
přímka
PR
svírá
s
přímkou
P
P
menší
úhel,
než
je
úhel
souběžnosti
bodu
P
s
přímkou
p,
což
je
spor.
|
s-67
|
Je-li
R
=
Q,
pak
bod
F
leží
na
přímce
q
a
přímka
EF
je
společnou
kolmicí
přímek
p,
q,
což
je
ve
sporu
s
tvrzením
2.
|
s-68
|
Dokázali
jsme
tedy,
že
bude-li
se
bod
X
pohybovat
po
souběžce
q
přímky
p
ve
směru
souběžnosti,
bude
se
jeho
vzdálenost
od
přímky
p
zmenšovat.
|
s-69
|
Bude-li
se
však
pohybovat
v
opačném
směru,
bude
se
jeho
vzdálenost
od
přímky
p
zvětšovat.
|
s-70
|
Dokonce
lze
dokázat,
že
zvolíme-li
předem
nějakou
délku,
rozumí
se
nenulovou,
pak
bude-li
se
bod
X
pohybovat
po
souběžce
q
přímky
p
ve
směru
souběžnosti
do
nekonečna,
jeho
vzdálenost
od
přímky
p
jednou
klesne
pod
tuto
předem
zvolenou
délku.
|
s-71
|
Podobně
lze
dokázat,
že
zvolíme-li
předem
nějakou
délku,
pak
bude-li
se
bod
X
pohybovat
po
této
souběžce
do
nekonečna
ve
směru
opačném,
jeho
vzdálenost
od
přímky
p
jednou
přeroste
tuto
délku.
|
s-72
|
Tato
tvrzení
však
již
dokazovat
nebudeme,
čímž
umožníme
čtenáři,
aby
si
uvědomil,
že
není
tak
snadné
vymýšlet
důkazy
různých
tvrzení
o
našem
odsouzeném
světě,
jako
již
vymyšlené
důkazy
číst.
|
s-73
|
Tvrzení
4.
|
s-74
|
Nechť
bod
P
má
od
přímky
p
stejnou
vzdálenost
jako
bod
Q
od
přímky
q;
|
s-75
|
nechť
tato
vzdálenost
je
nenulová.
|
s-76
|
Potom
úhel
souběžnosti
bodu
P
s
přímkou
p
je
stejně
veliký
jako
úhel
souběžnosti
bodu
Q
s
přímkou
q.
|
s-77
|
Důkaz
plyne
triviálně
ze
shodnosti
vhodných
trojúhelníků.
|
s-78
|
Tvrzení
5.
|
s-79
|
Nechť
bod
P
má
od
přímky
p
větší
vzdálenost
než
bod
Q
od
přímky
q;
|
s-80
|
nechť
tyto
vzdálenosti
jsou
nenulové.
|
s-81
|
Potom
úhel
souběžnosti
bodu
P
s
přímkou
p
je
menší
než
úhel
souběžnosti
bodu
Q
s
přímkou
q.
|
s-82
|
Důkaz.
|
s-83
|
Podle
předcházejícího
tvrzení
můžeme
rovnou
předpokládat,
že
přímky
p,q
jsou
totožné
a
že
bod
Q
je
vnitřním
bodem
úsečky
P
P
,
kde
P
je
pata
kolmice
spuštěné
z
bodu
P
na
přímku
p.
|
s-84
|
Buď
r
souběžka
přímky
p
vedená
bodem
Q
(viz
obr.
15).
|
s-85
|
Buď
M
bod
ležící
v
té
polorovině
určené
přímkou
P
P
,
do
níž
míří
směr
souběžnosti
přímky
r
s
přímkou
p;
|
s-86
|
nechť
úhel
MP
je
stejně
velký
jako
úhel
souběžnosti
bodu
Q
s
přímkou
p.
|
s-87
|
Přímky
PM,
r
svírají
s
přímkou
P
po
jedné
její
straně
vnitřní
úhly,
jejichž
součet
je
roven
dvěma
úhlům
pravým,
a
tudíž
se
nikdy
neprotnou.
|
s-88
|
Podle
tvrzení
2
přímka
PM
není
souběžkou
přímky
r.
|
s-89
|
Buď
N
bod
ležící
uvnitř
úhlu
MPQ
takový,
že
přímka
PN
je
souběžkou
přímky
r.
|
s-90
|
Přímka
PN
neprotne
přímku
r,
a
tedy
ani
přímku
p.
|
s-91
|
To
znamená,
že
souběžka
přímky
p
vedená
bodem
P
svírá
s
přímkou
P
P
úhel
nejvýše
takový
jako
přímka
PN,
a
tedy
menší
než
úhel
MP
P
.
|
s-92
|
Tvrzení
6.
|
s-93
|
Nechť
q
je
souběžka
přímky
p.
|
s-94
|
Potom
p
je
souběžka
přímky
q.
|
s-95
|
Důkaz.
|
s-96
|
Buď
P
bod
ležící
na
přímce
q,
buď
P
pata
kolmice
spuštěná
z
bodu
P
na
přímku
p.
|
s-97
|
Dokážeme,
že
přímka
p
je
souběžkou
přímky
q
vedenou
bodem
P
,
a
sice
ve
směru,
jenž
míří
to
téže
poloroviny
určené
přímkou
P
P
jako
směr
souběžnosti
přímky
q
s
přímkou
p
v
bodě
P.
|
s-98
|
Předpokládejme,
že
tomu
tak
není.
|
s-99
|
Potom
lze
v
této
polorovině
nalézt
bod
m
takový,
že
přímka
P
je
ve
směru
od
bodu
P
k
bodu
M
souběžkou
přímky
q
a
úhel
P
je
ostrý
(viz
obr.
16).
|
s-100
|
Buď
R
pata
kolmice
spuštěné
z
bodu
M
na
přímku
P
P
.
|