双射

更新时间:2022-08-25 14:58

既是单射又是满射映射称为双射,亦称“一一映射”。

简介

设f是从集合A到集合B的映射,若f(A)=B,即B中任一元素b都是A中某元素的像,则称f为A到B上的满射;

若对A中任意两个不同元素a1不等于a2,它们的像f1不等于f2,则称f为A到B的单射;

若映射f既是单射,又是满射,则称映射f为A到B的“双射”(或“一一映射”)。 函数为双射当且仅当每个可能的像有且仅有一个变量与之对应。

函数f: A → B为双射当且仅当对任意b∈B存在唯一a∈A满足f(a) = b。

函数f : A → B为双射当且仅当其可逆,即,存在函数g: B → A满足g o f = A上的恒等函数,且f o g为B上的恒等函数。

两个双射的复合也是双射。如g o f为双射,则仅能得出f为单射且g为满射

同一集合上的双射构成一个对称群。

如果X,Y皆为实数集R,则双射函数f:R→R可以被视觉化为两根任意的水平直线只相交正好一次。(这是水平线测试的一个特例。)

定义

集合论中,一个由集合X至集合Y的映射称为双射的,若对集合Y内的任意元素y,存在唯一一个集合X内的元素x,使得 y = f(x)。

换句话说,f为双射的若其为两集合间的一对一对应,亦即同时单射且满射。

例如,由整数集合至的函数succ,其将每一个整数x连结至整数succ(x)=x+1,及另一函数sumdif,其将每一对实数(x,y)连结至sumdif(x,y) = (x + y, x − y)。

一双射函数亦称为置换。后者一般较常使用在X=Y时。以由X至Y的所有双射组成的集合标记为XY.

双射函数在许多数学领域扮演着很基本的角色,如在同构(和如同胚和微分同构等相关概念)、置换群投影映射及许多其他概念的基本上。

举例

假设存在关于x的函数:y=2x+3,对于任何xR及y∈R,由于y是x的线性函数,因此对于任何x都有唯一确定的y与其对应。又通过整理可以得到x=(y-3)/2,因此对于任何y,也有唯一确定的x与其对应。这样,在y=2x+3在x∈R、y∈R的域中就是一个双射函数。

而对于函数y=x2+2,对于x∈R、y∈R的取值范围内,对于任何x,都有唯一确定的y与其对应。但对于

y≠2,任何y都对应2个不同的x。这样y=x^+2在x∈R、y∈R的取值范围内,不是双射函数。但对于x∈[0,+∞)、y∈[2,+∞)。对于任何x,都有唯一确定的y与之对应,而对于任何y,都有x=(y-2)^0.5,即唯一确定的x与之对应。因此它是一个双射函数。

应用

双射的原理是一组关系,在判别某一种想法在应用能否双向的找到某一唯一对应的事物,理论上通常要判断这种想法是否满足双射的关系。因为具体的实施这一想法的途径我们是并不知道的,所以需要抽象出他们的关系,找到这个双射,如果找不到,并且验证这个双射不存在,那么想法是不可能实现的。

性质

(1)一由实数R至R的函数f是双射的当且仅当其图像和任一水平线相交且只相交于一点。

(2)设X为一集合,则由X至其本身的双射函数,加上其复合函数(0)的运算,会形成一个群,一个X的对称群,其标记为S(X)、SX或X!。

(3)取一定义域的子集A及一陪域的子集B,则|f(A)| = |A| 且 。

(4)若X和Y为具相同势的有限集合,且f: X → Y,则下列三种说法是等价的:

f 为一双射函数;

f 为一满射函数;

f 为一单射函数。

双射与势

若 X和 Y为有限集合,则其存在一两集合的双射函数当且仅当两个集合有相同的元素个数。确实,在公理集合论里,这正是“相同元素个数”的定义,且广义化至无限集合,并导致了基数的概念,用以分辨无限集合的不同大小。

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