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Fundamentos da Geometria de Hilbert

 

O objetivo de minha obra é estabelecer de uma vez por todas a certeza dos métodos matemáticos. David Hilbert

Após sofrer pesadas críticas com o amadurecimento do rigor matemático, no séc. XIX, destacamos a obra Fundamentos da Geometria, publicada em 1899 por David Hilbert (1862-1943), que reescreveu a axiomática de Euclides, reorganizando e elaborando uma rigorosa apresentação lógico-dedutiva dessa geometria.

Hilbert considerou como termos primitivos os conceitos (objetos) de ponto, reta e plano e supôs três relações entre tais conceitos (objetos): “estar situação” (incidir); “entre” e “congruente”. Em seguida classificou seus axiomas nos grupos: incidência, ordem, congruência, continuidade e paralelismo, cobrindo as lacunas encontradas na obra Euclides.

Hilbert

Utilizamos a axiomática de Hilbert, para a justificação das demonstrações apresentadas em nossa seqüência didática. Inspirados em HILBERT (2003), TERDIMAN (1989) e LINS (2002), apresentamos no Quadro III a axiomática relativa à geometria plana, que particularmente é de nosso interesse. Os Termos Definidos TD 01 até TD 11 constam em HILBERT (2003) e acrescentamos os termos seguintes por serem necessários às demonstrações propostas em nossas atividades.

Não mais rigor de quanto seja necessário. Robert L. Moore

 

AXIOMÁTICA DE HILBERT

TERMOS PRIMITIVOS

TP 01

Ponto

TP 02

Reta

TP 03

Plano

RELAÇÕES PRIMITIVAS

RP 01

Estar em

RP 02

Entre

RP 03

Congruente

AXIOMAS DE INCIDÊNCIA

I 01

Para cada dois pontos A, B há sempre uma reta a que está associada com cada um dos dois pontos A, B.

I 02

Para dois pontos A, B não há mais do que uma reta que está associada com cada um dos dois pontos A, B.

I 03

Sobre uma reta há sempre, pelo menos, dois pontos. Há pelo menos três pontos que não estão sobre uma mesma reta.

AXIOMAS DE ORDEM

O 01

Se um ponto B está entre um ponto A e um ponto C, então A, B, C são três pontos distintos duma reta,e B está também entre C e A. Em símbolos: A * B * C ou C * B * A.

O 02

Para cada dois pontos A e C há sempre, pelo menos, um ponto B sobre a reta AC tal que C está entre A e B. Em símbolos: A * C * B.

O 03

Dados três pontos quaisquer  duma reta, não há mais do que um que está entre os outros dois.

O 04

(Axioma de Pasch) Toda reta traçada de um ponto do triângulo a um seu ponto interno intersectará o triângulo, se prolongada, em mais um ponto.

AXIOMAS DE CONGRUÊNCIA

C 01

Se A e B são dois pontos de uma reta a e A' é um ponto de uma reta a', pode-se sempre encontrar sobre uma semi-reta de a' um ponto B' determinado por A' tal que o segmento AB seja congruente ou igual ao segmento A'B'. Em símbolos: AB ≡ A'B'

C 02

(transitividade) Se os segmentos A'B' e A''B'' são congruentes com o mesmo segmento AB, também o segmento A'B' é congruente com o segmento A''B''.

C 03

Sejam AB e BC dois segmentos da reta a sem pontos comuns, e por outro lado A'B' e B'C' dois segmentos sem pontos comuns sobre a mesma reta a ou sobre outra distinta a': se AB ≡ A'B' e BC ≡ B'C' então AC ≡ A'C'.

C 04

Sejam dados um ângulo , uma reta a' e um dos lados determinados por a', e representemos por h' uma semi-reta de a' que parte de O': existe então uma e uma só semi-reta k' tal que o ângulo seja congruente ou igual ao ângulo ; utilizando símbolos: e tal que por sua vez todos os pontos interiores do ângulo estão situados no lado dado em relação a a'. Todo ângulo é congruente consigo mesmo, isto é, verifica-se sempre .

C 05

Se em dois triângulos ABC e A'B'C' se verificam as congruências AB ≡ A'B', AC ≡ A'C', , então tem-se sempre também que

AXIOMAS DE CONTINUIDADE

Ct 01

(Axioma de Arquimedes): Se AB e CD são segmentos quaisquer, então existe um número natural n tal que n segmentos congruentes a CD construídos continuamente a partir de A sobre a semi-reta AB, conterá o ponto B.

Ct 02

(Axioma da Continuidade Circular): Se uma circunferência C tem um ponto no interior e um ponto no exterior de uma outra circunferência C, então as duas circunferências se cortam em dois pontos.

Ct 03

(Axioma da Continuidade Elementar): Se uma extremidade de um segmento de reta está no interior de uma circunferência e a outra extremidade no exterior, então o segmento corta a circunferência em um ponto.

AXIOMAS DE PARALELISMO

P 01

Seja a uma reta qualquer e A um ponto exterior a a; então, no plano determinado por a e A há, no máximo, uma reta que passa por A e não corta a.

TERMOS DEFINIDOS

D 01

Os pontos que estão situados entre A e B chamam-se os pontos do segmento AB ou BA.

D 02

Toda a reta é dividida por qualquer dos seus pontos em duas semi-retas.

D 03

A duas semi-retas h e k que partem de um ponto A e que não formam uma reta, damos o nome de ângulo e o designamos por ou

D 04

Dadas duas semi-retas h e k, os pontos do plano que em relação a h estão no mesmo lado que k, e ao mesmo tempo estão no mesmo lado que h em relação a k denominam-se pontos interiores do ângulo e formam o espaço angular [interior] deste ângulo.

D 05

Um sistema de segmentos AB, BC, CD,...KL chama-se uma poligonal que une os pontos A e L; esta poligonal também se designará abreviadamente por ABCD...KL. Os pontos do interior dos segmentos AB, BC, CD,...,KL, assim como os pontos A,B,C,D,...K,L chamam-se, todos eles os pontos da poligonal. Em particular, se os pontos A,B,C,D,...,K,L estão todos num plano e se, além disso, o ponto L coincide com o ponto A, então a poligonal chamar-se-á um polígono e designar-se-á por polígono ABCD...K. Os segmentos AB, BC, CD,...,KL chamam-se também os lados do polígono. Os pontos A,B,C,D,...K chamam-se os vértices do polígono. Polígonos com 3, 4, ..., n vértices chamam-se triângulos, quadriláteros, ..., polígonos com n vértices [ou n-ágonos].

D 06

Dois ângulos que têm o vértice e um lado comuns e cujos lados não comuns constituem uma reta, chamam-se ângulos adjacentes suplementares. Dois ângulos com o vértice comum em que cada lado dum deles constitui com um dos lados do outro uma reta, chamam-se ângulos verticalmente opostos. Um ângulo que é congruente com um seu ângulo adjacente suplementar, chama-se um ângulo reto.

D 07

Um triângulo ABC diz-se congruente com um triângulo A'B'C', se são verificadas todas as congruências:

,,, , e .

D 08

Um ângulo que é maior que o seu ângulo adjacente suplementar, ou maior do que um ângulo reto, chama-se um ângulo obtuso; um ângulo que é menor do que o seu ângulo adjacente suplementar, ou do que um ângulo reto, chama-se um ângulo agudo.

D 09

Os ângulos , e que pertencem a um triângulo ABC chamam-se os ângulos deste triângulo; os ângulos adjacentes suplementares chamam-se os seus ângulos externos.

D 10

Duas retas dizem-se paralelas se estão num mesmo plano e não se intersectam.

D 11

Se M e um ponto qualquer dum plano a, então ao conjunto de todos aqueles pontos A, em a, para os quais os segmentos MA são congruentes entre si, chama-se circunferência; a M chama-se centro da circunferência e MA é dito raio.

D 12

Um ponto está no interior ou no exterior de uma circunferência se o segmento de reta que une ao centro da circunferência é respectivamente menor ou maior do que o raio. No caso de ser igual ao raio, dizemos que o ponto em questão pertence a circunferência.

D 13

Duas retas dizem-se perpendiculares se são concorrentes e formam ângulos adjacentes suplementares congruentes.

D 14

Bissetriz interna de um triângulo é o segmento, com extremidades num vértice e no lado oposto, que divide o ângulo desse vértice em dois ângulos congruentes.

D 15

Mediana de um triângulo é um segmento com extremidades num vértice e no ponto médio do lado oposto.

D 16

Os triângulos, quanto aos lados se classificam em:

eqüilátero : seus três lados são congruentes;

isósceles: dois de seus lados são congruentes, e o outro lado é dito 'base';

escaleno: nenhum de seus lados são congruentes.

D 17

Ponto Médio de um segmento é o ponto desse segmento eqüidistante das extremidades.

D 18

Círculo é a região compreendida por uma circunferência e sua região interior.

D 19

Chama-se arco de circunferência, a região da circunferência limitada por dois de seus pontos.

D 20

Ângulo Central relativo a uma circunferência é o ângulo que apresenta o vértice no centro da circunferência.

D 21

Ângulo Inscrito relativo a uma circunferência é um ângulo que apresenta o vértice na circunferência e os lados são secantes a ela.

D 22

Diz-se que um polígono está inscrito numa circunferência quando todos os seus vértices são pontos dessa circunferência.

D 23

Dois ângulos são complementares se, e somente se, a soma de suas medidas for igual a um ângulo reto.

D 24

Num triângulo isósceles a mediatriz, a bissetriz e a altura relativas à base são coincidentes.

D 25

Corda de um circunferência é um segmento cujas extremidades são pontos da circunferência

 

 

 

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REFERÊNCIAS