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写像しゃぞうmap基本きほん

date2026-07-14document_iddoc_1f3be400960b5a702189f4e26e4e23f4description写像を、各入力にただ一つの出力を割り当てる特別な関係として定義し、定義域、終域、値域、像、逆像を整理する講義である。prerequisites集合の基本 / 直積集合の基本 / 関係の基本type講義content_typelecturestatusactiverelateddata/lecture/math/discrete-math/discrete-mathematics-portal.lecture.n.md / data/lecture/math/discrete-math/relation-basics.lecture.n.md / data/lecture/math/discrete-math/images-and-preimages-of-maps.lecture.n.md / data/lecture/math/discrete-math/injections-surjections-and-bijections.lecture.n.md / data/lecture/math/discrete-math/composition-and-inverse-maps.lecture.n.md / data/exercise/math/discrete-math/maps-injections-and-surjections.exercise.n.md
mathdiscrete-mathmapfunctionlecture

1導入どうにゅう

写像しゃぞうmap最初さいしょ固定こていすべきいは、「かく入力にゅうりょくinputたいして、出力しゅつりょくoutput一意いちいめているか」である。写像しゃぞうmapは、関係かんけいrelation一種いっしゅであるが、任意にんい関係かんけいrelationよりも条件じょうけんつよい。

この条件じょうけんがあるから、f(a) という記号きごう意味いみつ。1 つの a複数ふくすう出力しゅつりょくoutput対応たいおうすれば、f(a) は 1 つのあたいvalueとしてさだまらない。対応たいおうする出力しゅつりょくoutput存在そんざいしなければ、f(a)未定義みていぎになる。

写像しゃぞうmap必須ひっすなのは、かく入力にゅうりょくinput出力しゅつりょくがちょうど 1 つまることである。ことなる入力にゅうりょくおな出力しゅつりょくくことはゆるされる。「ことなる入力にゅうりょくことなる出力しゅつりょくおくる」という追加ついか条件じょうけん単射性たんしゃせいinjectivityといい、その条件じょうけんたす写像しゃぞうmap単射たんしゃinjectionぶ。

2用語ようご定義ていぎ

集合しゅうごうset A,Bたいして、写像しゃぞうmap f:AB とは、かく aAたいして、一意いちいbB対応たいおうさせる規則きそくである。

A定義域ていぎいきdomainB終域しゅういきcodomainという。a対応たいおうするあたいvaluef(a)く。値域ちいきrangeまたはぞうimageは、実際じっさいあらわれる出力しゅつりょくoutput集合しゅうごうであり、

f(A)={f(a)aA}

である。つねf(A)B である。

3ぞうimage逆像ぎゃくぞうpreimage

部分集合ぶぶんしゅうごうsubset SAぞうimage

f(S)={f(a)aS}

である。部分集合ぶぶんしゅうごうsubset TB逆像ぎゃくぞうpreimage

f-1(T)={aAf(a)T}

である。ここで f-1(T)逆写像ぎゃくしゃぞうinverse map仮定かていしている記号きごうではない。逆像ぎゃくぞうpreimageは、任意にんい写像しゃぞうmap定義ていぎできる。

4方針ほうしん

写像しゃぞうmap確認かくにんするときは、つぎの 2 てんける。

  1. かく aAたいして、すくなくとも 1 つの出力しゅつりょくoutput存在そんざいするか。
  2. かく aAたいして、出力しゅつりょくoutput高々たかだか 1 つか。

両方りょうほう成立せいりつするとき、出力しゅつりょくoutputは[ちょうど 1 つ]であり、写像しゃぞうmapである。関係かんけいrelationとしてるなら、fA×B部分集合ぶぶんしゅうごうsubsetであり、かく aAたいして (a,b)f となる b が[ちょうど 1 つ]である。

data/lecture/math/discrete-math/relation-basics.lecture.n.md

5直感的ちょっかんてき説明せつめい

写像しゃぞうmapは、入力側にゅうりょくがわかくげんelementから出力側しゅつりょくがわへ 1 ぽんずつ矢印やじるしとしてかんがえられる。かく入力にゅうりょくinputから矢印やじるしかならず 1 ぽんだけることが写像しゃぞうmap条件じょうけんである。

出力側しゅつりょくがわげんelementには、矢印やじるしが 0 ほんしかはいらないことも、複数ふくすうほんはいることもある。これは写像しゃぞうmapであること自体じたいには問題もんだいない。これらをさらに制限せいげんすると、単射たんしゃinjection全射ぜんしゃsurjectionになる。

機械きかいmachineとしてると、えているのは入力にゅうりょくから出力しゅつりょくへの対応たいおうである。一方いっぽう定義域ていぎいきdomainかくげんelementかなら処理しょりすることと、終域しゅういきcodomainなか出力しゅつりょくすることは保存ほぞんされる。

data/lecture/math/discrete-math/injections-surjections-and-bijections.lecture.n.md

6厳密げんみつ説明せつめい

写像しゃぞうmap f:ABぞうimage逆像ぎゃくぞうpreimageは、きがちがう。ぞうimageA がわ部分集合ぶぶんしゅうごうsubsetB がわおくる。

SAf(S)B

逆像ぎゃくぞうpreimageB がわ部分集合ぶぶんしゅうごうsubsetA がわもどす。

TBf-1(T)A

逆像ぎゃくぞうpreimageは、写像しゃぞうmap単射たんしゃinjectionでも全射ぜんしゃsurjectionでもない場合ばあいにも定義ていぎできる。

7例題れいだい終域しゅういきcodomain値域ちいきrange区別くべつする

7.1問題もんだい

f:{1,2,3}{a,b,c,d}f(1)=af(2)=bf(3)=b定義ていぎする。終域しゅういきcodomain値域ちいきrangeもとめよ。

7.2解説かいせつ

終域しゅういきcodomainは、写像しゃぞうmapかたとしてさき指定していされた集合しゅうごうsetである。したがって終域しゅういきcodomain{a,b,c,d} である。

値域ちいきrangeは、実際じっさいあたいとしてあらわれる出力しゅつりょくoutput集合しゅうごうである。このれいでは ab だけがあらわれるので、

f({1,2,3})={a,b}

である。c,d終域しゅういきcodomainにはふくまれるが、値域ちいきrangeにはふくまれない。

解答かいとうでは、ひょう矢印図やじるしずだけでなく、定義域ていぎいきdomain終域しゅういきcodomain対応規則たいおうきそく言葉ことばでも確認かくにんする。未定義みていぎ入力にゅうりょくや 2 つの出力しゅつりょく入力にゅうりょくがあれば、写像しゃぞうmapではない。

8わるものと保存ほぞんされるもの

単射性たんしゃせいinjectivityとは、ことなる入力にゅうりょくinputことなる出力しゅつりょくoutputおくられることである。全射性ぜんしゃせいsurjectivityとは、終域しゅういきcodomainかくげんelementすくなくとも 1 つの入力にゅうりょくinputあたいvalueになることであり、f(A)=B同値どうちである。つぎひょうでは、定義域ていぎいきdomain終域しゅういきcodomain変更へんこうがこれらの性質せいしつへどう影響えいきょうするかをくらべる。

変更へんこうわるもの保存ほぞんされるもの
終域しゅういきcodomainひろげる全射性ぜんしゃせいsurjectivity判定はんていかく入力にゅうりょくinputあたいvalue
定義域ていぎいきdomain制限せいげんする値域ちいきrange単射たんしゃinjectionでなかった写像しゃぞうmap単射たんしゃinjectionになることもあるのこった入力にゅうりょくinputあたいvalue。もともと単射たんしゃinjectionなら単射性たんしゃせいinjectivityたもたれる

終域しゅういきcodomainひろげたりせばめたりすると、おな対応規則たいおうきそくでも全射性ぜんしゃせいsurjectivityわることがある。一方いっぽうぞうimage定義域ていぎいきdomain対応規則たいおうきそくからまる。

ただし、終域しゅういきcodomainせばめておな写像しゃぞうmap対応規則たいおうきそくたもつには、あたらしい終域しゅういきcodomain値域ちいきrange f(A)ふくまなければならない。f(A)げんelementのぞけば、ある入力にゅうりょくinputあたいvalue終域しゅういきcodomainそとるため、そのかた写像しゃぞうmapではなくなる。

9見分みわかた関連かんれんリンク

  • かく入力にゅうりょくinput出力しゅつりょくoutputが[ちょうど 1 つ]なら、写像しゃぞうmapである。
  • 1 つの入力にゅうりょくinput複数ふくすう出力しゅつりょくoutput対応たいおうするなら、写像しゃぞうmapではない。
  • 終域しゅういきcodomainさき指定していされた出力しゅつりょくoutput候補こうほ全体ぜんたいである。
  • 値域ちいきrange実際じっさい到達とうたつする出力しゅつりょくoutput集合しゅうごうである。
  • 逆像ぎゃくぞうpreimage逆写像ぎゃくしゃぞうinverse map存在そんざいしなくても定義ていぎできる。
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