Surjektivna preslikava v matematiki: definicija, lastnosti in primeri

V matematiki je surjektivna ali onto funkcija funkcija f : A → B taka, da za vsak element b v kodni domeni B obstaja vsaj en element a v domeni A, za katerega velja f(a) = b. Formalno to zapišemo kot: ∀b ∈ B ∃a ∈ A ( f(a) = b ). Ta lastnost pomeni, da je slika funkcije enaka njeni kodni domeni, torej f(A) = B. Surjekcijo pogosto imenujemo tudi "onto".

Pomembne lastnosti

  • Slika = kodna domena: Pri surjektivni funkciji je množica vrednosti (slika) identična kodni domeni B — za vsak b obstaja vsaj en a, ki ga preslika vanj.
  • Obstoj desnega inverza: Funkcija f : A → B je surjektivna natanko tedaj, ko obstaja funkcija g : B → A (imenovana desni inverz), za katero velja f ∘ g = idB. To pomeni, da lahko vsak element b iz B najprej prek g pripeljemo v neki a, nato pa ga f preslika nazaj v b.
  • Razmerje z injekcijo in bijekcijo: Povezave z drugimi vrstami preslikav — izraz surjekcija in sorodna pojma injekcija in bijekcija sta uvela skupina matematikov, ki je delovala pod pseudonimom Nicholas Bourbaki. Bijekcija je hkrati injektivna in surjektivna; taka preslikava ima obojestranski inverz.
  • Predslike (preimages): Za surjektivno funkcijo je predslika vsakega elementa b iz B neprazna množica: f−1({b}) ≠ ∅.
  • Število elementov (končne množice): Če sta A in B končni množici, potem surjekcija f : A → B zahteva |A| ≥ |B|. Če je |A| = |B| in je f surjektivna, potem je tudi bijektivna.

Kako hitro preverimo surjektivnost

  • Pri podanem analitičnem izrazu preverimo: za vsak b poiščemo rešitev enačbe f(x) = b. Če za vsak b obstaja vsaj ena rešitev v domeni, je f surjektivna.
  • Pri preslikavah med vektorskimi prostori (linearnimi preslikavami) je linearni preslikavi T : V → W surjektivna natanko tedaj, ko je rang(T) = dim(W). Za matriko to pomeni, da je rang enak številu vrstic (polna vrstična rangovnost), kadar so kodomena elementi v R^m.
  • Pri funkcijah med končnimi množicami sta pogoja za surjekcijo in številsko primerjava enostavna: surjektivna obstaja le, če je domena vsaj tako velika kot kodna domena.

Primeri

  • f : R → R, f(x) = x^3. To je surjektivna funkcija (za vsak realen b je x = ∛b rešitev).
  • f : R → R, f(x) = x^2. Ni surjektivna, saj ni nobenega x s f(x) = −1. Če pa spremenimo kodno domeno na [0, ∞), postane surjektivna.
  • f : R → (0, ∞), f(x) = e^x. Ta funkcija je surjektivna na množico (0, ∞), vendar ni surjektivna na R.
  • Preslikava f : Z → Z, f(n) = n + 1 je surjektivna (za vsak m v Z obstaja n = m − 1), hkrati pa tudi injektivna, torej bijektivna.
  • Linearen primer: T : R^3 → R^2 predstavljen z 2×3 matriko, katere rang je 2, je surjektivna (kar pomeni, da so vse vektorje v R^2 dosegljivi).

Kompozicija in inverz

  • Če je f : A → B surjektiv in g : B → C surjektiv, potem je g ∘ f : A → C prav tako surjektivna.
  • Surjekcija nima nujno levnega inverza (to zahteva injektivnost), vendar ima vedno desni inverz, kot je že omenjeno.
  • Če je funkcija bijektivna, obstaja točno ena inverzna funkcija f−1 : B → A, ki je tako levi kot desni inverz.

Praktični namigi

  • Pri reševanju nalog z dokazovanjem surjektivnosti pogosto uporabite konstrukcijo prelike: za poljuben b konstruirajte ustrezen a z izrazom, ki ga dobite z reševanjem f(a) = b.
  • Pri polinomih preverite stopnjo in vedenje na neskončnosti; nekateri polinomi stopnje lihe so surjektivni na R (npr. x^3), stopnje sode ponavadi niso, če je kodomena R.
  • Pri numeričnih ali računalniških preiskavah se osredotočite na obseg vrednosti in morebitne omejitve domene (npr. absolutne vrednosti, eksponenti itd.).

Izraz surjekcija in zgodovinski opomnik: izraz ter sorodna izraza injekcija in bijekcija je uvedla skupina matematikov, ki se je imenovala Nicholas Bourbaki. Ta skupina matematikov je v tridesetih letih prejšnjega stoletja izdala vrsto knjig o sodobni napredni matematiki. Francoska predpona sur pomeni nad ali na in je bila izbrana, ker surjektivna funkcija "prikaže svojo domeno na svojo kodno domeno" — torej pokriva celotno kodno domeno.

Osnovne lastnosti

Uradno:

f : A → B {\displaystyle f:A\rightarrow B} je{\displaystyle f:A\rightarrow B} surjektivna funkcija, če ∀ b ∈ B ∃ a ∈ A {\displaystyle \forall b\in B\,\,\exists a\in A} tako{\displaystyle \forall b\in B\,\,\exists a\in A}, da f ( a ) = b . {\displaystyle f(a)=b\,. } {\displaystyle f(a)=b\,.}

Element b {\displaystyle b}{\displaystyle b} imenujemo slika elementa a {\displaystyle a}a .

  • Formalna opredelitev pomeni: Vsak element kodne domene B je podoba vsaj enega elementa v domeni A.

Element a {\displaystyle a}a se imenuje predpodoba elementa b {\displaystyle b}{\displaystyle b} .

  • Formalna opredelitev pomeni: Vsak element kodne domene B ima vsaj eno predpodobo v domeni A.

Ni nujno, da je predslika edinstvena. Na zgornji sliki sta tako {X} kot {Y} predpodobi elementa {1}. Pomembno je le, da obstaja vsaj ena predpodoba. (Glej tudi: injektivna funkcija, bijektivna funkcija)

Primeri

Elementarne funkcije

Naj bo f(x):ℝ→ℝ realno ovrednotena funkcija y=f(x) realno ovrednotenega argumenta x. (To pomeni, da sta vhod in izhod števila.)

  • Grafični pomen: Funkcija f je surjekcija, če vsaka vodoravna črta seka graf funkcije f v vsaj eni točki.
  • Analitični pomen: Za vsako realno število yo lahko najdemo vsaj eno realno število x otako, da je y=fo(xo).

Iskanje predpodobe xo za dani yo je enakovredno obema vprašanjema:

  • Ali ima enačba f(x)-y=0o rešitev? ali
  • Ali ima funkcija f(x)-yo koren?

V matematiki lahko najdemo natančne (analitične) korenine samo polinomov prve, druge (in tretje) stopnje. Korene vseh drugih funkcij najdemo približno (numerično). To pomeni, da je formalni dokaz surjektivnosti le redko neposreden. Zato so spodnje razprave neformalne.

Primer: Linearna funkcija poševne črte je onto. To pomeni: y=ax+b, kjer je a≠0 surjekcija. (Je tudi injekcija in s tem bijekcija.)

Dokaz: Ker je a≠0, dobimo x= (y-boo)/a. To pomeni, da je x=o(y-bo)/a predpodoba yo. To dokazuje, da je funkcija y=ax+b, kjer je a≠0, surjekcija. (Ker obstaja natanko en predpodobni prikaz, je tudi ta funkcija injekcija.)

Praktični primer: y= -2x+4. Katera je predpodoba y=2? Rešitev: a= -2, torej a≠0 in vprašanje je: Za kateri x je y=2? V funkcijo vstavimo y=2. Dobimo x=1, tj. y(1)=2. Torej je odgovor: x=1 je predpodobo y=2.

Primer: kubični polinom (tretje stopnje) f(x)=x-3x3 je surjekcija.

Razprava: Kubična enačba x-3x-y=03o ima realne koeficiente (a=13, a=02, a=-31, a=-y0o). Vsaka taka kubična enačba ima vsaj en realni koren. Ker je področje polinoma ℝ, to pomeni, da je v tem področju vsaj en predpomnik xo. To pomeni, da je (x0)3-3x-y=00o. Torej je funkcija surjekcija. (Vendar pa ta funkcija ni injekcija. Na primer, y=2o ima dve predpodobi: x=-1 in x=2. Pravzaprav ima vsak y, -2≤y≤2 vsaj 2 predpodobi.)

Primer: Kvadratna funkcija f(x) = x2 ni surjekcija. Ne obstaja x, ki bi bil x 2= -1. Območje x² je [0,+∞) , to je množica nenegativnih števil. (Tudi ta funkcija ni injekcija.)

Opomba: Nesurjektivno funkcijo lahko spremenimo v surjekcijo tako, da omejimo njeno področje na elemente njenega območja. Na primer, nova funkcija fN(x):ℝ → [0,+∞), kjer je fN(x) = x2, je surjektivna funkcija. (To ni isto kot omejitev funkcije, ki omejuje domeno!)

Primer: Eksponentna funkcija f(x) = 10x ni surjekcija. Območje je 10x(0,+∞), to je množica pozitivnih števil. (Ta funkcija je injekcija.)

Preslikava. f(x):ℝ→ℝ (in injekcija)

Preslikava. f(x):ℝ→ℝ (ni preslikava)

Ni surjekcija. f(x):ℝ→ℝ (niti injekcija)

Ni surjekcija. f(x):ℝ→ℝ (vendar je injekcija)

Preslikava. f(x):(0,+∞)→ℝ (in preslikava)

Preslikava. z:ℝ²→ℝ, z=y. (Na sliki je razvidno, da je predpodoba z=2 premica y=2.)

Drugi primeri s funkcijami z realno vrednostjo

Primer: logaritemska funkcija baze 10 f(x):(0,+∞)→ℝ, definirana s f(x)=log(x) ali y=log10(x), je surjekcija (in injekcija). (To je obratna funkcija 10x.)

  • Projekcija kartezičnega produkta A × B na enega od njegovih faktorjev je surjekcija.

Primer: Funkcija f((x,y)):ℝ²→ℝ, definirana z z=y, je surjekcija. Njen graf je ravnina v trirazsežnem prostoru. Predpodoba zo je premica y=zo v ravnini xy. 0

  • V 3D igrah se tridimenzionalni prostor projicira na dvodimenzionalni zaslon s pomočjo projekcije.

Sorodne strani

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je surjektivna funkcija v matematiki?


O: Surjektivna funkcija v matematiki je funkcija f: A → B, ki ima lastnost, da za vsak element b v kodomeni B obstaja vsaj en element a v domeni A, tako da je f(a)=b.

V: Kakšen je pomen surjektivne funkcije v matematiki?


O: Surjektivna funkcija zagotavlja, da noben element v kodni domeni ni neoznačen ter da sta območje in kodna domena f ista množica.

V: Kakšen je izvor izraza surjekcija?


O: Izraz surjekcija je uvedla skupina matematikov, imenovana Nicholas Bourbaki.

V: Kakšen je pomen francoske predpone sur v besedi surjektivni?


O: Francoska predpona sur pomeni nad ali na.

V: Zakaj je bil za to vrsto funkcije izbran izraz surjektivna?


O: Izraz surjektivna je bil za to vrsto funkcije izbran zato, ker surjektivna funkcija preslika svojo domeno na svojo kodomeno.

V: Kdo je v tridesetih letih 20. stoletja izdal serijo knjig o sodobni napredni matematiki?


O: Skupina matematikov, imenovana Nicholas Bourbaki, je v tridesetih letih 20. stoletja izdala vrsto knjig o sodobni napredni matematiki.

V: Kaj sta v matematiki injekcija in bijekcija?


O: Injekcija in bijekcija sta izraza, ki sta v matematiki povezana s surjekcijo. Injekcijska funkcija zagotavlja, da noben element v domeni ni preslikan na isti element v kodni domeni. Funkcija bijekcije je hkrati surjektivna in injektivna.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3