如果仅仅按照金庸小说《天龙八部》来说，是同族兄弟。段延庆是原太子，因为大理内乱，他父亲上德帝段廉义被权臣杨义贞推翻，他因此落难。后来杨义贞被诛杀，段廉义的侄子段寿辉即位，被称为上明帝，后来他退位，传位给堂弟段正明，就是保定帝。段正淳就是保定帝段正明的亲弟弟，所以他也是段延庆的同族兄弟。

另一层关系，段延庆落难逃到天龙寺外，遇到段正淳原配妻子刀白凤，刀白凤因为恨段正淳沾花惹草，所以一气之下委身浑身是伤，邋遢不堪的段延庆，为报复段正淳。后怀上段誉。从这个角度，他们算情敌，但到死那刻段正淳都不知道。

上面说的是小说情节，至于正史，段廉义无子，所以后来才拥立段寿辉为帝。因为大理史料缺失严重，段延庆这个名字只是零星出现了两次在史书中，具体身份不明。金庸借用了这个名字，说是段廉义的儿子。顺便说一句，段正淳在正史中不像小说里那样死在哥哥段正明前面，而是在段正明之后即为，做了皇帝，再传给段誉。另外，段誉又名段正严。关于段正明、段正淳、段正严三个人究竟是什么关系，同样因为史料缺失，有多种说法，可能是兄弟三人，可能是祖孙三代，也有可能像小说写的，是两代人。

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