เรขาคณิต

เรขาคณิต (อังกฤษ: Geometry; กรีก: γεωμετρία, geometria; geo = พื้นดิน/โลก, metria = วัด) เป็นสาขาความรู้ที่เกี่ยวข้องกับรูปทรง รูปร่าง ขนาดและตำแหน่งของวัตถุในปริภูมิ^[1]

ในช่วงก่อนคริสต์ศตวรรษที่ 19 เรขาคณิตแบบยุคลิดแทบจะเป็นเรขาคณิตแบบเดียวที่เป็นที่รู้จักและถูกศึกษามากที่สุด^[2] เรขาคณิตแบบยุคลิดเป็นการศึกษาเรขาคณิตบนระนาบ และเรขาคณิตในปริภูมิสามมิติ โดยมี จุด เส้น ระนาบ ระยะทาง มุม พื้นผิว และความโค้งเป็นพื้นฐาน^[3] เรขาคณิตอีกแบบที่เป็นที่รู้จักคือเรขาคณิตทรงกลม ซึ่งใช้ในการศึกษาดาราศาสตร์ และการเดินทาง

ในช่วงคริสต์ศตวรรษที่ 19 มีการค้นพบใหม่ ๆ ที่ขยายสาขาเรขาคณิตออกไปโดยกว้าง หนึ่งในนั้นคือ Theorema Egregium (ทฤษฎีบทอันน่าทึ่ง) โดย คาร์ล ฟรีดริช เกาส์ ซึ่งกล่าวโดยคร่าวว่า ความโค้งเกาส์เซียน ของพื้นผิวเป็นคุณสมบัติเฉพาะของพื้นผิวที่สามารถวัดได้จากบนพื้นผิวนั้น และไม่ขึ้นอยู่กับปริภูมิแวดล้อมที่พื้นผิวนั้นอาศัยอยู่ใน^[4] การค้นพบนี้นำไปสู่เรขาคณิตแบบรีมันน์

ถัดมาในช่วงหลังคริสต์ศตวรรษที่ 19 มีการค้นพบเรขาคณิตในรูปแบบอื่นที่นอกเหนือไปจากเรขาคณิตแบบยุคลิดโดยปฏิเสธสัจพจน์เส้นขนานของยุคลิด ผ่านงานของ นิโคไล อิวาโนวิช โลบาเชฟสกี และ ยานอส โบลไย ปัจจุบันเรียกเรขาคณิตที่ไม่มีสัจพจน์เส้นขนานว่า เรขาคณิตแบบไม่ยุคลิด^{[5]: 359–365} เรขาคณิตที่ใช้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เป็นตัวอย่างหนึ่งของเรขาคณิตแบบไม่ยุคลิดซึ่งมีชื่อเสียงที่สุด^[6]

ในปัจจุบันเรขาคณิตได้ขยายออกไปกว้างขวางมาก และแบ่งย่อยออกไปตามเครื่องมือที่ใช้ในการศึกษาปัญหาทางเรขาคณิต ตัวอย่างเช่น เรขาคณิตเชิงอนุพันธ์ เรขาคณิตเชิงพีชคณิต เรขาคณิตเชิงคณนา เรขาคณิตวิยุต และอื่น ๆ หรือแบ่งตามสมบัติที่เรขาคณิตนั้นแตกต่างไปจากเรขาคณิตแบบยุคลิด เช่น เรขาคณิตโพรเจคทีฟไม่มีแนวคิดเกี่ยวกับระยะทางและเส้นขนาน เรขาคณิตสัมพรรคไม่มีแนวคิดเกี่ยวกับมุมและระยะทาง เป็นต้น

นอกจากนี้แล้ว เรขาคณิตยังมีบทประยุกต์ในคณิตศาสตร์สาขาอื่น ๆ ที่ดูเหมือนจะไม่เกี่ยวข้องกับเรขาคณิตโดยตรง ตัวอย่างที่เป็นที่รู้จักคือ ทฤษฎีบทสุดท้ายของแฟร์มา ซึ่ง แอนดรูว์ ไวลส์ ได้พิสูจน์สำเร็จในปี ค.ศ. 1994 บทพิสูจน์ของไวลส์ใช้เครื่องมือทางเรขาคณิตเชิงพีชคณิตเป็นหัวใจสำคัญ^[7]