22 POGLAVLJE 3. HILBERTOV SISTEM AKSIOMAjedinstvena tačka X takva da su sve ostale tačke skupa M sa jedne strane tačkeX, a sve ostale tačke skupaN sa druge.Za tačkuX kažemo da razdvaja skupoveMiN .Teorema 3.4.9. Ako se Dedekindov princip za pravu uzme kao aksiom, onda se,pod pretpostavkom da su zadovoljene prve tri grupe aksioma, mogu dokazati Arhimedovi Cantorov aksiom.Dokaz Arhimedovog aksioma Pretpostavimo da Arhimedov aksiom nije tačan,tj. da postoji beskonačan niz podudarnih duži A 1 A 2∼ = A2 A 3∼ = ... koje svepripadaju duži AB. Izaberimo takav raspored tačaka na pravoj AB da je tačka AispredB i podijelimo sve tačke praveAB na dva skupa. U prvi skup stavimo onutačku koja je ispred neke tačke A n , pa pošto je A n proizvoljna tačka, to znači daje i ispred tačakaA n+1 ,A n+2 ,..., a u drugi skup sve ostale tačke praveAB.Tada svaka tačka pripada jednom i samo jednom skupu. Svaki skup ima tačaka,tj. nije prazan, i to prvi skup ima tačkeA 1 ,A 2 ,A 3 ,... a drugi tačku B.Dalje, svaka tačka prvog skupa je ispred svake tačke drugog skupa. Prematome, uslovi Dedekindovog principa su zadovoljeni, što znači da postoji tačka Ckoja vrši presjek. Jasno je da tačka C ne može pripadati prvom skupu. Ona jedakle tačka koja stoji ispred svih tačaka drugog skupa.Na osnovu aksioma 3.3.1, postoji tačkaDkoja je ispredC takva da jeCD ∼ = A 1 A 2∼ = A2 A 3∼ = ....Kako jeD ispred C, ona ne može pripadati drugom skupu. To pak, prema definicijiprvog skupa, znači da je tačkaD ispred neke tačkeA n , pa dakle, i ispredA n+1 .Drugim rječima, tačkeA n ,A n+1 su izme ¯duC iD, što znači da jeCD > A n A n+1 .Kontradikcija.Dokaz Cantorvog aksioma Posmatrajmo niz duži A 1 B 1 ,A 2 B 2 ,... tako da jeuvijek dužA n+1 B n+1 sadržana u dužiA n B n , a ne postoji duž koja pripada svakojduži ovog niza. Treba pokazati da postoji tačka koja pripada svakoj duži ovogniza.Izaberimo na uočenoj pravoj a smjer takav da je uvijek tačka A n ispred tačkeB n . Podijelimo tačke prave a na dva skupa, tako da tačka pripada prvom skupuako je ona ispred neke tačkeA n , pa dakle i ispred tačakaA n+1 ,A n+2 ,.... U drugiskup stavimo sve ostale tačke. Odmah se vidi da svaka tačka pripada jednom isamo jednom skupu i da prvi skup sadrži tačkeA 1 ,A 2 ,..., a drugi skupB 1 ,B 2 ,...tj. svaki skup nije prazan. Isto tako je jasno da su tačke prvog skupa ispred tačakadrugog skupa. Prema tome, svi uslovi Dedekindovog principa su zadovoljeni, papostoji tačkaC koja vrši presjek.Kako prvi skup nema zadnji element, to jeC prva tačka drugog skupa, tj. tačkaC je iza svih tačaka A 1 ,A 2 ,...,A n ,..., a ispred svih tačakaB 1 ,B 2 ,...,B n ,....
3.4. AKSIOMI NEPREKIDNOSTI 23Drugim rječima, tačkaC pripada svakoj dužiA n B n .Na osnovu ovoga slijediTeorema 3.4.10. Aksiomi neprekidnosti Hilbertovog sistema aksioma su ekvivalentniDedekindovom principu za pravu.3.4.1 Posljedice aksioma neprekidnostiNa osnovu ovih aksioma može se zasnovati mjerenje duži i uglova.Definicija 3.4.11. Mjerom ili dužinom duži nazivamo funkcijuLkoja svakoj dužia dodjeljuje pozitivan realan brojL(a), a zadovoljava slijedeće uslove:1 ◦ postoji duž kojoj je mjera 1,2 ◦ mjere podudarnih duži su me ¯dusobno jednake,3 ◦ ako sua,b,c tri duži takve da jea+b = c, onda jeL(a)+L(b) = L(c).Broj L(a) nazivamo mjerom duži a, a duž čija je mjera 1 nazivamo jediničnom.Teorema 3.4.12. MjeraLduži ima slijedeće osobine(a) Dužaje manja od dužibako i samo ako jeL(a) < L(b).(b) Duži su podudarne ako i samo su im mjere me ¯dusobno jednake.(c) Ako sua,b,c tri duži takve da jea−b = c, onda jeL(a)−L(b) = L(c).(d) Ako jek ∈ N onda je( ) 1L(ka) = kL(a) i L2 ka = 1 2 kL(a)Slijedeće tri teoreme nam omogućavaju da uvedemo metriku.Teorema 3.4.13. Neka je funkcijaLmjera duži. FunkcijaL ′ je tako ¯de mjera dužiako i samo ako postoji pozitivan realan brojλtakav da jeL ′ = λL.