像の逆像と逆像の像
写像\(f:X\rightarrow Y\)で、\(A\subseteq X\)、\(B\subseteq Y\)とする。
写像\(f:X\rightarrow Y\)で、\(A\subseteq X\)、\(B\subseteq Y\)とする。
(1)
\[ A\subseteq f^{\bullet}\left(f\left(A\right)\right) \] \(f\)が単射のときは等号となる。(2)
\[ B\supseteq B\cap f\left(X\right)=f\left(f^{\bullet}\left(B\right)\right) \] \(f\)が全射のときは等号となる。(3)
\[ f\left(A\right)=ff^{\bullet}f\left(A\right) \](4)
\[ f^{\bullet}\left(B\right)=f^{\bullet}ff^{\bullet}\left(B\right) \](1)
\begin{align*} f^{\bullet}\left(f\left(A\right)\right) & =\left\{ x_{2};x_{1}\in A,f\left(x_{1}\right)=y,y=f\left(x_{2}\right)\right\} \\ & =\left\{ x_{2};x_{1}\in A,f\left(x_{1}\right)=f\left(x_{2}\right)\right\} \\ & \supseteq A \end{align*} 故に与式は成り立つ。単射のとき\(\Rightarrow\)が\(\Leftrightarrow\)にできるので、逆が成り立つ。
逆の反例
\(A\supseteq f^{\bullet}\left(f\left(A\right)\right)\)が成り立たないことを示す。始域を\(X=\left\{ a_{1},a_{2}\right\} \)、終域を\(Y=\left\{ b_{1}\right\} \)として写像\(f\)を\(f\left(a_{1}\right)=f\left(a_{2}\right)=b_{1}\)とする。
このとき\(X\)の部分集合\(A=\left\{ a_{1}\right\} \)をとる。
そうすると、\(f^{\bullet}\left(f\left(A\right)\right)=f^{\bullet}\left(f\left(\left\{ a_{1}\right\} \right)\right)=f^{\bullet}\left(\left\{ b_{1}\right\} \right)=\left\{ a_{1},a_{2}\right\} \)となるので逆が正しいとすると、\(\left\{ a_{1}\right\} \supseteq\left\{ a_{1},a_{2}\right\} \)となるがこれは偽である。
故に逆は成り立たない。
(2)
\begin{align*} f\left(f^{\bullet}\left(B\right)\right) & =f\left(f^{\bullet}\left(B\cap\left(f\left(X\right)\cup Y\setminus f\left(X\right)\right)\right)\right)\\ & =ff^{\bullet}\left(B\cap f\left(X\right)\right)\cup ff^{\bullet}\left(B\cap\left(Y\setminus f\left(X\right)\right)\right)\\ & =ff^{\bullet}\left(B\cap f\left(X\right)\right)\cup\emptyset\\ & =ff^{\bullet}\left(B\cap f\left(X\right)\right)\\ & =\left\{ y_{2};\exists x\in X,y_{1}\in B\cap f\left(X\right),f\left(x\right)=y_{1},f\left(x\right)=y_{2}\right\} \\ & =B\cap f\left(X\right)\\ & \subseteq B \end{align*} 故に与式は成り立つ。全射のときは\(\subseteq\)が\(=\)とできるので逆が成り立つ。
逆の反例
\(B\subseteq f\left(f^{\bullet}\left(B\right)\right)\)が成り立たないことを示す。始域を\(X=\emptyset\)、終域を\(Y=\left\{ b_{1}\right\} \)として写像\(f\)を空写像とする。
このとき\(Y\)の部分集合\(B=\left\{ b_{1}\right\} \)をとる。
そうすると、\(f\left(f^{\bullet}\left(B\right)\right)=f\left(f^{\bullet}\left(\left\{ b_{1}\right\} \right)\right)=f\left(\emptyset\right)=\emptyset\)となるので逆が正しいとすると、\(\left\{ b_{1}\right\} \subseteq\emptyset\)となるがこれは偽である。
故に逆は成り立たない。
(3)
\(A\subseteq f^{\bullet}\left(f\left(A\right)\right)\)より、\[ f\left(A\right)\subseteq ff^{\bullet}f\left(A\right) \] となる。
\(B\supseteq f\left(f^{\bullet}\left(B\right)\right)\)より、\(B=f\left(A\right)\)とおくと、
\[ f\left(A\right)\supseteq ff^{\bullet}f\left(A\right) \] となる。
これより、\(f\left(A\right)\subseteq ff^{\bullet}f\left(A\right)\land f\left(A\right)\supseteq ff^{\bullet}f\left(A\right)\Leftrightarrow f\left(A\right)=ff^{\bullet}f\left(A\right)\)となる。
(4)
\(A\subseteq f^{\bullet}\left(f\left(A\right)\right)\)より、\(A=f^{\bullet}\left(B\right)\)とおくと、\[ f^{\bullet}\left(B\right)\subseteq f^{\bullet}ff^{\bullet}\left(B\right) \] となる。
\(B\supseteq f\left(f^{\bullet}\left(B\right)\right)\)より、
\[ f^{\bullet}\left(B\right)\supseteq f^{\bullet}ff^{\bullet}\left(B\right) \] これより、\(f^{\bullet}\left(B\right)\subseteq f^{\bullet}ff^{\bullet}\left(B\right)\land f^{\bullet}\left(B\right)\supseteq f^{\bullet}ff^{\bullet}\left(B\right)\Leftrightarrow f^{\bullet}\left(B\right)=f^{\bullet}ff^{\bullet}\left(B\right)\)となる。
ページ情報
| タイトル | 像の逆像と逆像の像 |
| URL | https://www.nomuramath.com/fhchd7k0/ |
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像と逆像による包含関係と相等関係
\[
A_{1}\subseteq A_{2}\Rightarrow f\left(A_{1}\right)\subseteq f\left(A_{2}\right)
\]
2つの写像の単射と全射との関係
\[
\left|X\right|\leq\left|Y\right|\land\left|Y\right|\leq\left|X\right|\Leftrightarrow\left|X\right|=\left|Y\right|
\]
像・逆像と空集合
\[
\forall A\subseteq X,\left(f\left(A\right)=\emptyset\leftrightarrow A=\emptyset\right)
\]
空写像の定義と性質
\[
f:\emptyset\rightarrow Y
\]
