像と逆像の定義と性質

像と逆像の定義と性質
写像\(f:X\rightarrow Y\)があり、部分集合\(A\subseteq X,B\subseteq Y\)があるとする。

(1)像の定義

\[ f\left(A\right):=\left\{ f\left(x\right)\in Y;x\in A\right\} \] を\(f\)による\(A\)の像という。

(2)逆像の定義

\[ f^{\bullet}\left(B\right):=\left\{ a\in X;f\left(a\right)\in B\right\} \] を\(f\)による\(B\)の逆像という。

(3)終域の逆像

\[ f^{\bullet}\left(Y\right)=X \] が成り立つ。

(4)空集合の逆像

\[ f^{\bullet}\left(\emptyset\right)=\emptyset \]

(5)空集合の像

\[ f\left(\emptyset\right)=\emptyset \]

(6)始域の像の逆像

\[ f^{\bullet}f\left(X\right)=X \]

(7)終域の逆像の像

\[ ff^{\bullet}\left(Y\right)\subseteq Y \]

(8)

\[ X\setminus f^{\bullet}\left(Y\right)=\emptyset \]

(9)

\[ f^{\bullet}\left(Y\setminus f\left(X\right)\right)=\emptyset \]
逆写像は全単射のときのみに存在しますが、逆像は全単射でなくても存在します。
写像\(f:\left\{ x_{1},x_{2}\right\} \rightarrow\left\{ y_{1},y_{2}\right\} \)が\(f\left(x_{1}\right)=y_{1},f\left(x_{2}\right)=y_{1}\)とする。
このとき、像は\(f\left(\left\{ x_{1}\right\} \right)=\left\{ y_{1}\right\} ,f\left(\left\{ x_{1},x_{2}\right\} \right)=\left\{ y_{1}\right\} \)のようになり、逆像は\(f^{\bullet}\left(\left\{ y_{1}\right\} \right)=\left\{ x_{1},x_{2}\right\} ,f^{\bullet}\left(\left\{ y_{2}\right\} \right)=\emptyset\)のようになる。

(3)

任意の\(a\in X\)についてある\(b\in Y\)が存在し、\(f\left(a\right)=b\)となるので\(f^{\bullet}\left(Y\right)=\left\{ a\in X;f\left(a\right)\in Y\right\} =X\)となる。

(4)

\begin{align*} f^{\bullet}\left(\emptyset\right) & =\left\{ a\in X;f\left(a\right)\in\emptyset\right\} \\ & =\left\{ a\in X;\bot\right\} \\ & =\emptyset \end{align*} となるので題意は成り立つ。

(5)

\begin{align*} f\left(\emptyset\right) & =\left\{ f\left(x\right);x\in\emptyset\right\} \\ & =\left\{ f\left(x\right);\bot\right\} \\ & =\emptyset \end{align*} となるので題意は成り立つ。

(6)

部分集合\(A\subseteq X\)について、\(f^{\bullet}f\left(A\right)\supseteq A\)であるので\(A\)を\(X\)とすると、\(X\subseteq f^{\bullet}f\left(X\right)\subseteq X\)となるので、\(f^{\bullet}f\left(X\right)=X\)となる。

(7)

\(f^{\bullet}\left(Y\right)=X\)であり、写像は\(f:X\rightarrow Y\)なので任意の\(x\in X\)に対し、\(f\left(x\right)\in Y\)となるので、\(f\left(X\right)=\left\{ f\left(x\right)\in Y;x\in X\right\} \subseteq Y\)となる。
これより、\(ff^{\bullet}\left(Y\right)=f\left(X\right)\subseteq Y\)となる。

(8)

\begin{align*} X\setminus f^{\bullet}\left(Y\right) & =X\setminus X\\ & =\emptyset \end{align*} となるので題意は成り立つ。

(9)

\begin{align*} f^{\bullet}\left(Y\setminus f\left(X\right)\right) & =f^{\bullet}\left(Y\right)\setminus f^{\bullet}\left(f\left(X\right)\right)\\ & =X\setminus X\\ & =\emptyset \end{align*} となるので題意は成り立つ。
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像と逆像の定義と性質
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