单射和满射的区别,自然数和偶数哪个更多?
有人会觉得自然数比偶数多,因为偶数是自然数的子集;有人会觉得偶数比自然数多,因为他们的"和"比自然数的"和"要大。
这取决于"多"这个概念是怎么定义的。
集合论中,一个集合比另一个集合多定义为
- 存在第一个集合到第二个集合的满射且不存在它们之间的一一映射
这个定义的合理性由以下事实保证
- 存在集合A到集合B的满射 等价于 存在B到A的单射(由选择公理引出)称 集合A的元素比B的多或一样多,即大于等于
- 存在A到B的满射,且存在B到A的满射,那么就存在A到B的一一映射 称A和B元素一样多(康托定理)
- 任意两个集合可较(由选择公理引出)
函数单射双射满射怎么判断?
函数单射(injective)当且仅当不同的自变量对应不同的因变量;函数满射(surjective)
当且仅当对于每个因变量,都至少存在一个自变量与之对应;函数双射(bijective)当且仅当既是单射又是满射。可以通过证明定义来判断函数是否单射、满射或双射。
2建立一一对应吗?
(刚刚看了 @数学救火队长 的回答,深受感染,小石头也谈点自己的看法!)
所谓一一对应,就是双射。关于 双射(既是单射又是满射)的定义 和 如何用定义 判定 映射 y = x² 在 集合 [0, 2] 上是双射,@数学救火队长 已经讲的非常清晰明了了,小石头这里就不再重述,下面仅仅补充一些其它判别方法。
相关知识:
对于 任意 映射 f: A → B,如果存在 g: B → A 使得,
g∘f = idᴀ 且 f∘g = idʙ
则 称 f 是 可逆映射,记 f⁻¹ = g 称为 f 的逆映射。
其中,∘ 为 映射的复合运算,定义为:
(g∘f)(x) = g(f(x))
idᴀ(idʙ) 是 A(B)上的 横的映射,定义为:
idᴀ(x) = x, x∈ A(idʙ(x) = x, x∈ B)
双射判别法2:可逆映射 一定是 双射。
就 映射 y = x²: A = [0, 2] → B = [0, 4] 来说,显然 存在 z = √x: B → A 使得
z∘y = z(y(x)) = √(x²) = x = idᴀ
y∘z = y(z(x)) = (√x)² = x = idʙ
于是,y 可逆,根据 双射判别法2,y 是 双射。
这里的相关知识后来被引入到《范畴论》中,大家有兴趣可以 参考我在这里:“数学范畴是什么?”的回答。
@数学救火队长 已经证明了,y 在 A 到 B 上 是 满的,接下来我们用另外一种方法证明 y 是 单的。
因为,y(0) = 0² = 0,而 如果存在 x₀ 使得 y(x₀) = x₀² = 0,则 x₀ = √0 = 0,于是 0 和 0 在 y 下一一对应。因此 我们只需要 证明 y 在 A~ = (0, 2) 到 B~ = (0, 4) 下是 单射 就可以了。又因为 A~, B~ ⊂ R₊ = (0, +∞),所以 我们只要证明,y 在 R₊ 上是单射,就行了。
相关知识:
对于 R₊ 中 任意 两个 正实数 a, b,我们观察,它们的积 a⋅b 一定也是 正实数,于是 a⋅b 仍然 属于 R₊,这称为 R₊ 对于 乘法运算 封闭,我们将 R₊ 和 乘法运算 放在一起,记为 ( R₊, ⋅),称为 群。
如果 群 ( R₊, ⋅) 上 的函数 f: R₊ → R₊ 可以保持 乘法运算,即,
f(a⋅b) = f(a)⋅f(b)
则称 f 为 群同态。
定义集合:
ker f = {x ∈ R₊ | f(x) = 1}
称为 同态核。
单射判别法2: 如果 群同态 f 的 同态核 ker f = {1},则 f 必然是 单射。
首先,因为,
y(a⋅b) = (a⋅b)² = a²⋅b² = y(a)⋅y(b)
所以,y 是群同态。
其次,因为,
y(1) = 1² = 1
所以,
1 ∈ ker y
其实,我们可以证明 对于任意 群同态 f,1 一定属于 ker f。
再次,如果存在 x₁ ∈ ker y,则,
y(x₁) = x₁² = 1
于是,
x₁ = ±1
而 x₁ ∈ R₊ 是正整数,故
x₁ = 1
这就证明了:
ker y = {1}
于是,根据 单射判别法2,y 一定是 单射。
还有一个判断 y 是单射的方法。
相关知识:
如果 实函数 f 在 对于 区间 [a, b] 上 任意一点 x₀,都有:
则称 f 在区间 [a, b] 上 连续。
对于 区间 [a, b] 上任意 两点 x₁ < x₂,恒有,
f(x₁) < f(x₂) 或 f(x₁) > f(x₂)
则 称 f 在 区间 [a, b] 上 ,单调递增函数 或 单调递减函数。单调递增函数 和 单调递减函数,统称为 单调函数。
对于 在 区间 [a, b] 上 连续,则 区间 (a, b) 上 可导 的 实函数 f,对于任意 x ∈ (a, b),如果恒有,
f(x) > 0 或 f(x) < 0
则 f 在 区间 [a, b] 上 是 单调递增函数 或 单调递减函数。
单射判别法3: 单调函数 一定是单射。
首先,根据极限的 ε-δ语言 定义,我们不难 证明:对于 任意 x₀ ∈ [0, 2],有,
lim_{x → x₀} y = lim_{x → x₀} x² = x₀²
这说明,y 在 区间 [0, 2] 连续。
而 y' = (x²)' = 2x,对于 x ∈ (0, 2) 恒有 y'(x) > 0,故 y 在 [0, 2] 是 单调递增函数,根据 单射判别法3,y 是单射。
(最后,推点私货,希望条友们不要讨厌!)
下面是 单射 和 满射 的另外一种 定义。
我们将,R 中的 全体 闭区间 这些闭区间 之间的 全体映射,以及上面定义的映射的复合运算,放在一起 称为 一个范畴,这里记为 R。
给定 范畴 R 中的 任意 映射 f: A → B,
如果 对于 R 中 的任意 闭区间 C,以及 任意 映射 g, h: C → A,都有 f∘g = f∘h ⇒ g = h(f 满足 左消去律),则称 f 为 单射。
如果 对于 R 中 的任意 闭区间 C,以及 任意 映射 g, h: B → C,都有 g∘f = h∘f ⇒ g = h(f 满足 右消去律),则称 f 为 满射。
注意:
可以验证 这个新定义 和 @数学救火队长 给出的原定义,相互兼容。
实际上,《范畴论》中,我们称 闭区间为 对象,映射 为态射(或 箭头),相应的,单射 和 满射 分别被称为 单态射 和 满态射。
现在 看 映射 y = x²: A = [0, 2] → B = [0, 4];对于 映射 g, h: C → A,如果 y∘g = y∘h,则,
y(g(x)) = g²(x) = h²(x) = y(h(x))
g(x) = √(h²(x)) = ±|h(x)|
因为 g(x), h(x) ∈ A = [0, 2],所以 g(x), h(x) ≥ 0,故 |h(x)| = h(x),g(x) 取正,即,
g(x) = h(x),x ∈ C
得到 g = h,这说明 y 满足 左消去律,y 是 单射。
另一方面,对于 任意 映射 g, h: B → C,如果 g∘y = h∘y ,则,
g(y(x)) = g(x²) = h(x²) = h(y(x))
令,w = x²,则:
g(w) = h(w)
如果,y 是满射,则 w 取满 B = [0, 4],也就是说,对于任意 w ∈ B,上面等式都成立,得到 g = h ,故 y 满足 右消去律。
(小石头才疏学浅,目前能想到的就这些了,欢迎大家继续补充!)
(回答题主在评论区提的另一个问题)
我们知道,随机变量 X 服从 均匀分布 U(0, 2) 的 概率密度函数为 :
于是可以得到 X 概率分布函数为:
现在考虑 随机变量函数 Y = X² (注:随机变量函数依然是随机变量)。
首先,Y 不可能 小于 0,故 在 y < 0 时,Y 的 概率分布函数为:
Fᵧ(y) = 0
其次,在 y ≥ 0 时,Y 的 概率分布函数为:
根据前面 Fᵪ 的定义,有:
因为 -√y ≤ 0,所以 Fᵪ(-√y) = 0;
当 2 ≤ √y,即,2² = 4 ≤ y 时,Fᵪ(√y) = 1;
当 0 < √y < 2,即,0 < y < 4 时,Fᵪ(√y) = √y/2;
当 √y ≤ 0,即,y = 0 时, Fᵪ(√y) = 0
最后,综上,我们得到 Y 的 概率分布函数为:
从而 可以得到 Y 的 概率密度函数为:
另一方面,随机变量 Ȳ 服从 均匀分布 U(0, 4) 的 概率密度函数 和 概率分布函数 为:
显然,Y ≠ Ȳ,Y 不服从 均匀分布 U(0, 4),Y 和 Ȳ 不是一回事。
进而,根据 Y 和 Ȳ 概率分布函数,得到:
Fᵧ(1) = √1/2 = 1/2
F_ Ȳ(1) = 1/4 = 1/4
因为,Y ≠ Ȳ 所以 Fᵧ(1) = 1/2 ≠ 1/4 = F_ Ȳ(1) 很合理。
为什么一一映射有反函数?
举例来说吧 A = { 1 ,2 ,3 ,4 }, B = { 2 ,4 ,6 , 8 , 9 } ,从A到B的映射f :2x 。 可看出,A中的所有元素在f的作用下,在B中都有元素与之对应,即都有它们的象; 反过来,不成立,B中有的元素在A中就没有它的原象。 这样,从A到 B是单射,不能构成一一映射,也就不是满射。 你的例子:y=2x+1,x∈[1,2],其值域是[3,5],但是若Y=[0,10] 没有反函数,因为它不是满射。
满射单射双射可以怎么样来说明?
说明如下
单射就是只能一对一,不能多对一满射只要Y中的元素在X中都能找到原像就行了(一对一,多对一都行).双射就是既是单射又是满射(一个对一个,每个都不漏掉).f:z-z f(x)=3x;单射 f; z-n; f(x)=|x|+1; 满射f r-r; f(x)=x^3+1;单射f;n*n-n; f(x1,x2)=x1+x2+1;满射f;n-n*n, f(x)=(x,x+1),单射