第3-4节映射

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集合与图论
逆映射的定义
定义4.1 设f:XY，如果存在一个映射g:YX， 使得fg=IY且gf=IX，则称映射f是可逆的，而g称为f的 逆映射。 按定义f可逆当且仅当fg=IY且gf=IX同时成立，缺 一不可。 定义4.2 设f:XY，如果存在一个映射g:YX，使 得gf=IX，则称映射f是左可逆的，g称为f的左逆映射。 而如果存在一个映射h:YX，使得fh=IY，则称映 射f是右可逆的，h称为f的右逆映射。
f-1({d})=。
f-1({b})={2,3}。 为了书写方便，f({a})常记为f(a)， f-1({b})=f-1(b)。
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集合与图论 定理2.1 设f：XY，CY，DY，则: (1)f-1(C∪D)=f-1(C)∪f-1(D); (2)f-1(C∩D)=f-1(C)∩f-1(D); (3)f-1(CD)=f-1(C)f-1(D); (4)f-1(Cc)=(f-1(C))c。 定理2.2 设f：XY,AX,BX，则: (5)f(A∪B)=f(A)∪f(B); (6)f(A∩B)f(A)∩f(B); (7)f(AB)f(A)f(B)。
f是X到Y的一个部分映射。
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集合与图论
几个重要概念
定义1.4 两个映射f与g称为是相等的当且仅当f和 g都是X到Y的映射，并且xX, 总有f(x)=g(x)。 定义1.5 设f：XY，如果x,xX，只要xx， 就有f(x)f(x)，则称f为从X到Y的单射。 定义1.6 设f：XY，如果yY，xX使得 f(x)=y，则称f为从X到Y上的映射，或称为满射。 定义1.7 设f：XY,若f既是单射又是满射，则称f为 双射，或称为一一对应。也称X与Y对等，记为X~Y。 定义1.8 设f：XX，如果xX，f(x)=x，则称f为 X上的恒等映射。X上的恒等映射常记为Ix。
集合与图论
第3节
映射
引言
自17世纪起，近代数学产生以来，函数概念 一直是处于数学思想的真正核心位置。 在数学分析中，把函数的定义域与值域限制 为数集是没有必要的。 如果用随便什么属性的集合代替数集，我们 就得到了函数的最一般的概念——我们采用几何 术语“映射”来代替它。 在本书中，函数和映射是一个概念，所以我 们亦不加以区分。这部分主要讲函数的基本概念、 基本性质(单射、满射和双射)、基本运算(合成、 逆)。 1/25
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集合与图论
逆映射的性质
定理4.1 设f:XY，则f是可逆的充分必要条件 是f为双射（一一对应）。 定理4.2 设f:XY，则如果f是可逆的，则f的 逆映射是唯一的。f的逆记作f-1。 定理4.3 设f:XY，g:YZ都是可逆的，则gf 也可逆且(gf)-1=f-1g-1，(f-1)-1=f。 定理4.4 设f:XY，则: (1)f左可逆的充分必要条件是f为单射； (2)f右可逆的充分必要条件是f为满射。
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集合与图论
2 映射的性质*
f是一个从X到Y的映射，X中每个元素x都有Y 中唯一确定的元素y与之对应。f给x规定的对应元素 y称为x在f下的象，记作f(x)。
映射的诱导：
(1) 若AX，则由f和A就唯一地确定了Y的一个 子集，记为f(A): f(A)={f(x)xA}。 f(A)称为A在f下的象。利用这种方法，由f就 确定了一个从2X到2Y的映射，习惯上这个映射仍记 为f。
集合与图论
第3节
映射
主要内容：
• • • • 映射的定义 映射的性质* 映射的合成 逆映射
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集合与图论
1 映射的定义
函数的定义:
设X和Y是两个数集，如果依据某一法则f，使对于 X中的每一数x总有Y中的唯一确定的数y与之对应，则 称f为定义在X上取值于Y中的函数。
映射的定义:
设X和Y是两个非空集合，一个从X到Y的映射f是 一个法则，根据f，对X中每个元素x都有Y中唯一确 定的元素y与之对应。
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集合与图论
映射合成的性质
定理3.1 设f:XY，g:YZ，h:ZW，则 h(gf)=(hg)f 即映射的合成运算满足结合律。 映射的合成运算满足结合律是合成运算的基本 性质。据此h(gf)和(hg)f就可简记为hgf。 定理3.2 设f:XY，则fIX=IYf。
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集合与图论
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集Baidu Nhomakorabea与图论
例如：设X={1,2} Y={a,b,c}，则从X到Y共有9个映射。
例如：设X={1,2,3}，则从X到 X共有6个双射。 问题1：设X,Y均为有穷集合，X=n，Y=m，且 n≥1，m≥1，则从X到Y有多少个单射？ 问题2：设X,Y均为有穷集合，X=n，Y=m，且 n≥1，m≥1，则从X到Y有多少个满射？
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集合与图论
例：设X={a,b,c}，Y={1,2,3,4}
定义f(a)=1,f(b)=1,f(c)=3 f不是单射 f是单射
定义f(a)=1,f(b)=2,f(c)=3
例：设X={a,b,c,d}, Y={1,2,3,4}
定义f(a)=1,f(b)=1,f(c)=3,f(d)=4
f不是满射
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集合与图论
映射的定义
f给x规定的对应元素y称为x在f下的象，而x称 为y的原象。X称为f的定义域。 “f是X到Y的映射”这句话常记为f: XY.
x在f下的象y常记为f(x)。
集合{f(x) xX}称为f的值域或象，记为Im(f)。 什么是法则? x与x在f下的象f(x)可以组成有序对，(x, f(x))。 这样的有序对的全体是XY的子集。
在这个定义中，性质(2)称为“单值性”。
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集合与图论
限制与扩张
定义1.2 设f:XY,AX，当把f的定义域限制在A 上时，就得到了一个:AY，xA，(x)=f(x)， 被称为f在A上的限制，并且常用f A来代替。反过 来，我们说f是在X上的扩张。 例: X={1,2,3,4}，Y={a,b,c} 定义法则f为：f(1)=a，f(2)=b，f(3)=c, f是A={1,2,3}到Y的映射。
映射合成的性质
定理3.3 设f:XY，g:YZ，则 (1)如果f与g都是单射的，则gf也是单射的。 (2)如果f与g都是满射的，则gf也是满射的。 (3)如果f与g都是双射的，则gf也是双射的。 定理3.4 设f:XY，g:YZ，则 (1)如果gf是单射，则f是单射。 (2)如果gf是满射，则g是满射。 (3)如果gf是双射，则f是单射且g是满射。
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集合与图论 复合函数
3 映射的合成
y=g(f(x))
y=g(u)，u=f(x)
定义3.1 设f:XY，g:YZ， h:XZ。如果 xX，h(x)=g(f(x))，则称h为f与g的合成。 “映射f与g的合成”h记为gf，省略中间的 “”， 简记为gf。 按定义，xX，我们有gf(x)=gf(x)=g(f(x))。 注意：“f与g的合成”，在书写时写成gf。
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集合与图论
4 逆映射
逆映射是反函数概念的推广。
例如：X={1,2,3}，Y={a,b,c} f：XY，f(1)=a，f(2)=b，f(3)=c
g：YX，g(a)=1，g(b)=2，g(c)=3 观察一下gf与fg两个合成映射： gf(1)=g(a)=1,gf(2)=g(b)=2,gf(3)=g(c)=3 gf=IX, fg(a)=f(1)=a,fg(b)=f(2)=b,fg(c)=g(3)=c fg=IY,
(2)如果BY，则由f和B唯一确定了X的一个子集。 {xf(x)B，xX}
这个子集习惯上用f-1(B)表示。f-1(B)是X中在f下 的象落在B里的那些元素组成的。
f-1(B)叫做在f下B的原象。 利用这种方法，由f又得到一个2Y到2X的一个映 射，记为f-1。
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集合与图论 例1： 设X={1,2,3,4}，Y={a,b,c,d,e}，f：XY： f(1)=a，f(2)=b，f(3)=b，f(4)=c。 令A={1,2}，B={b,c,d}，求f(A)，f-1(B)，f-1({d})， f-1({b})。 解：f(A) ={a,b} f-1(B) ={2,3,4}。
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集合与图论 例4 设X为整数的有限集。定义集合 X-X={x-x x, xX}。 试证：若A,B{1,2,...,n}且AB2n-1,n>1，则 (A-A)∩(B-B)中有一个正整数。 例如: 设n=4,A={1,2,3},B={1,3,4} A-A={0,-1,-2,1,2} B-B={0,-1,-2,-3,1,2,3} (A-A)∩(B-B)={0,-1,-2,1,2}
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集合与图论
映射的定义
例：设X={a,b,c}，Y={1,2,3,4} f(a)=1，f(b)=2，f(c)=3 {(a,1)，(b,2)，(c,3)} ={(a,f(a))，(b,f(b))，(c,f(c))} {(a,1)，(a,2)，(b,3)，(c,4)} 不是映射 {(a,1)，(c,3)} 不是映射 定义1.1 设X和Y是两个非空集合，一个从X到Y 的映射是一个满足以下两个条件的XY的子集f： (1)对X的每一个元素x，存在一个yY，使得 (x, y)f; (2)若(x, y)、(x, y)f，则y=y。
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集合与图论 例2：设X={1,2,3,4},Y={a,b,c,d,e}。 f:XY： f(1)=a,f(2)=b,f(3)=b,f(4)=c。 令A={1,2},B={3,4} ，求f(A∩B)， f(A)∩f(B)。 解: f(A∩B) =, f(A)∩f(B) ={b}
例3： 设X={a,b,c},Y={1,2,3}。f:XY： f(a)=1,f(b)=f(c)=2。 令A={a,b},B={c}，求f(AB)，f(A)f(B)。 解：f(AB)=f((A\B)∪(B\A)) =f({a,b,c})={1,2} f(A)f(B) ={1,2}{2}={1}
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集合与图论 定理1.1 设A和B是有限集，f:AB。(1)如果f是 满射的，则AB；(2)如果f是单射，则A≤B。 定理1.2 设A和B是有限集，A=B，则f:AB是 单射当且仅当f是满射。 从X到Y的所有映射之集记为YX，即YX={ff:XY}。 性质1 设X,Y均为有穷集合，X=n，Y=m， 且n≥1，m≥1，则YX=mn。 性质2 设X为有穷集合，X=n，且n≥1，则从 X到X共有n!个双射。
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集合与图论
部分映射(偏函数)
定义1.3 设f：AY，AX，则称f是X到Y的一 个部分映射。 在这里，我们假定空集到Y有一个唯一的映射， 它也是X到Y的部分映射。
例: X={1,2,3,4}，Y={a,b,c}
定义法则f为：f(1)=a，f(2)=b，f(3)=c,
f是A={1,2,3}到Y的映射。
定义f(a)=1,f(b)=2,f(c)=3,f(d)=4
f是满射
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集合与图论 一个集合上的恒等映射只有一个。 恒等映射是双射。 例1 令X={1,2,3}, f: XX, 令f(1)=1,f(2)=2,f(3)=3. 例2 令N={1,2,3,...} s:NN，其定义为nN, s(n)=n+1。s称为自然数集N上的后继函数。 s是单射的，但不是满射的。 例3 令E为全体偶自然数之集。定义e:EN，如 果对每个偶自然数2m，令e(2m)=m。 e是从E到N的一个双射; 它不是从N到N的映射; 而是从N到N的部分映射。
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集合与图论 f()=，f(X)=Imf。
f是X到Y的满射当且仅当f(X)=Y。
如果ABX，则f(A)f(B)。 问题：已知f(A)={f(x)xA} 若xA，则f(x)f(A)? 若xA，则f(x)f(A)? 若f(x)f(A)，则xA？
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集合与图论
原象的扩展