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雙射

鎖定
既是單射又是滿射映射稱為雙射,亦稱“一一映射”。
雙射(Bijection)的原理是一組關係,在判別某一種想法在應用能否雙向的找到某一唯一對應的事物,理論上通常要判斷這種想法是否滿足雙射的關係。因為具體的實施這一想法的途徑我們是並不知道的,所以需要抽象出他們的關係,找到這個雙射,如果找不到,並且驗證這個雙射不存在,那麼想法是不可能實現的。 [1] 
中文名
雙射
外文名
Bijection
相關術語
單射
應用學科
數學
特殊雙射
既是單射又是滿射映射
所屬領域
數學

雙射簡介

設f是從集合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,則稱f為A到B上的滿射
若對A中任意兩個不同元素a1不等於a2,它們的像f1不等於f2,則稱f為A到B的單射
若映射f既是單射,又是滿射,則稱映射f為A到B的“雙射”(或“一一映射”)。 函數為雙射當且僅當每個可能的像有且僅有一個變量與之對應。
函數f: A → B為雙射當且僅當對任意b∈B存在唯一a∈A滿足f(a) = b。
函數f : A → B為雙射當且僅當其可逆,即,存在函數g: B → A滿足g o f = A上的恆等函數,且f o g為B上的恆等函數。
兩個雙射的複合也是雙射。如g o f為雙射,則僅能得出f為單射且g為滿射
同一集合上的雙射構成一個對稱羣。
映射函數 映射函數
如果X,Y皆為實數集R,則雙射函數f:RR可以被視覺化為兩根任意的水平直線只相交正好一次。(這是水平線測試的一個特例。)

雙射定義

集合論中,一個由集合X至集合Y的映射稱為雙射的,若對集合Y內的任意元素y,存在唯一一個集合X內的元素x,使得 y = f(x)。 [2] 
換句話説,f為雙射的若其為兩集合間的一對一對應,亦即同時單射且滿射。
例如,由整數集合至的函數succ,其將每一個整數x連結至整數succ(x)=x+1,及另一函數sumdif,其將每一對實數(x,y)連結至sumdif(x,y) = (x + y, xy)。
一雙射函數亦稱為置換。後者一般較常使用在X=Y時。以由XY的所有雙射組成的集合標記為XY.
三角函數圖像 三角函數圖像
雙射函數在許多數學領域扮演着很基本的角色,如在同構(和如同胚和微分同構等相關概念)、置換羣投影映射及許多其他概念的基本上。

雙射舉例

假設存在關於x的函數:y=2x+3,對於任何xR及y∈R,由於y是x的線性函數,因此對於任何x都有唯一確定的y與其對應。又通過整理可以得到x=(y-3)/2,因此對於任何y,也有唯一確定的x與其對應。這樣,在y=2x+3在x∈R、y∈R的域中就是一個雙射函數。
而對於函數y=x2+2,對於x∈R、y∈R的取值範圍內,對於任何x,都有唯一確定的y與其對應。但對於
y≠2,任何y都對應2個不同的x。這樣y=x^+2在x∈R、y∈R的取值範圍內,不是雙射函數。但對於x∈[0,+∞)、y∈[2,+∞)。對於任何x,都有唯一確定的y與之對應,而對於任何y,都有x=(y-2)^0.5,即唯一確定的x與之對應。因此它是一個雙射函數。

雙射應用

雙射的原理是一組關係,在判別某一種想法在應用能否雙向的找到某一唯一對應的事物,理論上通常要判斷這種想法是否滿足雙射的關係。因為具體的實施這一想法的途徑我們是並不知道的,所以需要抽象出他們的關係,找到這個雙射,如果找不到,並且驗證這個雙射不存在,那麼想法是不可能實現的。

雙射性質

(1)一由實數RR的函數f是雙射的當且僅當其圖像和任一水平線相交且只相交於一點。 [3] 
(2)設X為一集合,則由X至其本身的雙射函數,加上其複合函數(0)的運算,會形成一個羣,一個X的對稱羣,其標記為S(X)、SXX!。
(3)取一定義域的子集A及一陪域的子集B,則|f(A)| = |A| 且
(4)若XY為具相同勢的有限集合,且f: XY,則下列三種説法是等價的:
f 為一雙射函數;
f 為一滿射函數;
f 為一單射函數。

雙射雙射與勢

若 X和 Y為有限集合,則其存在一兩集合的雙射函數當且僅當兩個集合有相同的元素個數。確實,在公理集合論裏,這正是“相同元素個數”的定義,且廣義化至無限集合,並導致了基數的概念,用以分辨無限集合的不同大小。
參考資料
  • 1.    Wolf. Proof, Logic and Conjecture: A Mathematician's Toolbox. Freeman. 1998.
  • 2.    Devlin, Keith. Sets, Functions, and Logic: An Introduction to Abstract Mathematics. Chapman & Hall/ CRC Press. 2004.
  • 3.    O'Leary. The Structure of Proof: With Logic and Set Theory. Prentice-Hall. 2003.