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3. Correspondences
1. 图表和对应
如果* G * 的每个元素都是有序对,即如果关系*,则 G * 被称为图
( ∀ z ) ( z ∈ G ⇒ ( z is an ordered pair ) ) (\forall z)(z \in G \Rightarrow (z \text{ is an ordered pair})) ( ∀ z ) ( z ∈ G ⇒ ( z is an ordered pair ))
是真的。
如果G是图,关系( x , y ) ∈ G (x, y) \in G ( x , y ) ∈ G 用说表示“G下y y y 对应到x x x ”。
令 R { x , y } \boldsymbol{R}\{x, y\} R { x , y } 为关系,其中 x x x 和 y y y 是不同的字母。设G \boldsymbol{G} G 是一个字母,与x x x 和y y y 不同,R \boldsymbol{R} R 中没有出现。如果关系
( ∃ G ) ( G is a graph and ( ∀ x ) ( ∀ y ) ( R ⇔ ( ( x , y ) ∈ G ) ) ) (\exists \boldsymbol{G})(\boldsymbol{G} \text{ is a graph and } (\forall x)(\forall y)(\boldsymbol{R} \Leftrightarrow ((x, y) \in \boldsymbol{G}))) ( ∃ G ) ( G is a graph and ( ∀ x ) ( ∀ y ) ( R ⇔ (( x , y ) ∈ G )))
是真的,据说关系R \boldsymbol{R} R *有一个图形*(相对于字母x x x 和y y y )。那么图G \boldsymbol{G} G 凭借范围公理是唯一的,并且被称为R \boldsymbol{R} R 相对于x x x 和y y y 的*图*。
¶ 令 Z Z Z 为一个字母,与 x x x 和 y y y 不同,它不会出现在 R R R 中。如果关系
( ∃ Z ) ( ∀ x ) ( ∀ y ) ( R ⇒ ( ( x , y ) ∈ Z ) ) (\exists Z)(\forall x)(\forall y)(R \Rightarrow ((x, y) \in Z)) ( ∃ Z ) ( ∀ x ) ( ∀ y ) ( R ⇒ (( x , y ) ∈ Z ))
为真,则 R R R 有图;我们可以将此图视为有序对z z z 的集合,使得z ∈ Z z \in Z z ∈ Z 和R { p r 1 z , p r 2 z } R \{ \mathrm{pr}_1 z,\ \mathrm{pr}_2 z \} R { pr 1 z , pr 2 z } (z z z 是与x x x 、y y y 、Z Z Z 不同的字母,R R R 中没有出现)。如果我们知道项T T T ,则满足条件,而包含既不知道x x x ,也不知道y y y ,因此R ⇒ ( ( x , y ) ∈ T ) R \Rightarrow ((x,\ y) \in T) R ⇒ (( x , y ) ∈ T ) 为真。
(1) 关系 ( ∃ y ) ( ( x , y ) ∈ G ) (\exists y)((x,\ y) \in \mathrm{G}) ( ∃ y ) (( x , y ) ∈ G ) 等价于 x ∈ A x \in \mathrm{A} x ∈ A ;
(2) 关系 ( ∃ x ) ( ( x , y ) ∈ G ) (\exists x)((x,\ y) \in \mathrm{G}) ( ∃ x ) (( x , y ) ∈ G ) 等价于 y ∈ B y \in \mathrm{B} y ∈ B 。
因为只要取 A(分别为 B)为形式 p r 1 z \mathrm{pr}_1 z pr 1 z (分别为 p r 2 z \mathrm{pr}_2 z pr 2 z )的所有对象中的集合就足够了,其中 z ∈ G z \in \mathrm{G} z ∈ G (§ 1, no. 6)。恰恰,
A = E x ( ( ∃ y ) ( ( x , y ) ∈ G ) ) ) and B = E y ( ( ∃ x ) ( ( x , y ) ∈ G ) ) ; \mathrm{A} = \mathscr{E}_x((\exists y)((x, y) \in \mathrm{G}))) \qquad \text{and} \qquad \mathrm{B} = \mathscr{E}_y((\exists x)((x,\ y) \in \mathrm{G})); A = E x (( ∃ y ) (( x , y ) ∈ G ))) and B = E y (( ∃ x ) (( x , y ) ∈ G )) ;
这些集合分别称为图G的*第一和第二投影*,或者G的*域*和*范围*;它们用 p r 1 ⟨ G ⟩ \mathrm{pr}_1 \langle \mathrm{G} \rangle pr 1 ⟨ G ⟩ 和 p r 2 ⟨ G ⟩ \mathrm{pr}_2 \langle \mathrm{G} \rangle pr 2 ⟨ G ⟩ 表示(如果不存在混淆的风险,则用 p r 1 G \mathrm{pr}_1 \mathrm{G} pr 1 G 和 p r 2 G \mathrm{pr}_2 \mathrm{G} pr 2 G 表示)。立即验证G ⊂ ( p r 1 G ) × ( p r 2 G ) \mathrm{G} \subset (\mathrm{pr}_1 \mathrm{G}) \times (\mathrm{pr}_2 \mathrm{G}) G ⊂ ( pr 1 G ) × ( pr 2 G ) ;因此,有序对的每个集合都是乘积的子集,反之亦然。如果两个集合、p r 1 G \mathrm{pr}_1 \mathrm{G} pr 1 G 、p r 2 G \mathrm{pr}_2 \mathrm{G} pr 2 G 其中之一为空,则有G = ∅ \mathrm{G} = \emptyset G = ∅ (§ 2、命题 2)。
Γ = ( G , A , B ) , \Gamma = (\mathrm{G},\ \mathrm{A},\ \mathrm{B}), Γ = ( G , A , B ) ,
其中 G 是一个图,使得 p r 1 G ⊂ A \mathrm{pr}_1 \mathrm{G} \subset \mathrm{A} pr 1 G ⊂ A 和 p r 2 G ⊂ B \mathrm{pr}_2 \mathrm{G} \subset \mathrm{B} pr 2 G ⊂ B 。 G*据说是*Γ \Gamma Γ 的图,A*是源,*B*是*Γ \Gamma Γ 的目标。
如果( x , y ) ∈ G (x,\ y) \in \mathrm{G} ( x , y ) ∈ G ,我们说“y y y 对应到x x x 在对应Γ \Gamma Γ ”。对于每个 x ∈ p r 1 G x \in \mathrm{pr}_1 \mathrm{G} x ∈ pr 1 G 对应 Γ \Gamma Γ 被称为*定义于* x x x ,而 p r 1 G \mathrm{pr}_1 \mathrm{G} pr 1 G 被称为*Γ \Gamma Γ 的*域;每个 y ∈ p r 2 G y \in \mathrm{pr}_2 \mathrm{G} y ∈ pr 2 G 被称为由* Γ \Gamma Γ 取的 值,p r 2 G \mathrm{pr}_2 \mathrm{G} pr 2 G 被称为 Γ \Gamma Γ 的*范围。
如果R { x , y } R \{ x, y \} R { x , y } 是关系,它有一个图G G G (相对于字母x x x ,y y y ),并且如果A A A ,B B B 是两个集合,使得p r 1 G ⊂ A \mathrm{pr}_1 G \subset A pr 1 G ⊂ A 和p r 2 G ⊂ B \mathrm{pr}_2 G \subset B pr 2 G ⊂ B ,我们说R R R 是A A A 的元素和B B B * 的元素之间的*关系(相对于字母x x x 、y y y )。 对应Γ = ( G , A , B ) \Gamma = (G, A, B) Γ = ( G , A , B ) 据说是A A A 和B B B 之间的对应*由*关系R R R 定义(相对于x x x 和y y y )。
设 G 为图,且 X 为集合。 关系
x ∈ X and ( x , y ) ∈ G x \in X \text{ and } (x, y) \in G x ∈ X and ( x , y ) ∈ G
意味着( x , y ) ∈ G (x, y) \in G ( x , y ) ∈ G ,因此有一个图G ′ G' G ′ 。 G ′ G' G ′ 的第二个投影由G下的所有对象组成,其中对应到X的对象。
设*G*是一个图并且*X*集合。所有对象中的集合,其中* G 下的对应到 X 的元素被称为 G 下 X 的像,并用 G ⟨ X ⟩ G\langle X \rangle G ⟨ X ⟩ 或 G ( X ) G(X) G ( X ) 表示。
¶ 设 Γ = ( G , A , B ) \Gamma = (G, A, B) Γ = ( G , A , B ) 为对应并让 X 为 A 的子集 集合 G ⟨ X ⟩ G\langle X \rangle G ⟨ X ⟩ 也表示为 Γ ⟨ X ⟩ \Gamma\langle X \rangle Γ ⟨ X ⟩ 或 Γ ( X ) \Gamma(X) Γ ( X ) 并称为像共 X 低于 Γ \Gamma Γ 。
注
被以下引用 1 被以下引用 注
设* G 为一个图,并让 X,Y 为两个集合;那么关系 X ⊂ Y X \subset Y X ⊂ Y 意味着 G ⟨ X ⟩ ⊂ G ⟨ Y ⟩ G\langle X \rangle \subset G\langle Y \rangle G ⟨ X ⟩ ⊂ G ⟨ Y ⟩ 。
引用了 1 · 被以下引用 1 引用了 II § 1. 集合化关系
被以下引用 命题 3, II § 4
这是定义和 C50 (§ 1, no. 4) 的直接的推论。
如果*A ⊃ p r 1 G A \supset \mathrm{pr}_1 G A ⊃ pr 1 G ,*我们有*G ⟨ A ⟩ = p r 2 G G\langle A \rangle = \mathrm{pr}_2 G G ⟨ A ⟩ = pr 2 G 。
设*G*是一个图,并且*x x x *对象。 集合* G ⟨ { x } ⟩ G\langle \{x\} \rangle G ⟨{ x }⟩ (通过滥用语言,G ( x ) G(x) G ( x ) 表示为有时)*被称为* G 在 x x x 的截面。
引用了 1 引用了 I § 5. 平等的理论
紧随 C43 (章 I, § 5, no. 1) 可知关系 y ∈ G ⟨ { x } ⟩ y \in G\langle \{x\} \rangle y ∈ G ⟨{ x }⟩ 相当于 ( x , y ) ∈ G (x, y) \in G ( x , y ) ∈ G 。如果 G 和 G ′ G' G ′ 是两个图,则关系 G ⊂ G ′ G \subset G' G ⊂ G ′ 等价于
( ∀ x ) ( G ⟨ { x } ⟩ ⊂ G ′ ⟨ { x } ⟩ ) . (\forall x)(G\langle \{x\} \rangle \subset G'\langle \{x\} \rangle). ( ∀ x ) ( G ⟨{ x }⟩ ⊂ G ′ ⟨{ x }⟩) .
如果 A 和 B 之间的 Γ = ( G , A , B ) \Gamma = (\mathrm{G}, \mathrm{A}, \mathrm{B}) Γ = ( G , A , B ) 为对应,则对于 G 在 x x x 处的每个 x ∈ A x \in \mathrm{A} x ∈ A 截面也称为* Γ \Gamma Γ 在 x x x 的 *截面,并用 Γ ⟨ { x } ⟩ \Gamma\langle\{x\}\rangle Γ ⟨{ x }⟩ 表示(或Γ ( x ) \Gamma(x) Γ ( x ) )。
2. 逆对应
设 G 是一个图,A = p r 1 G \mathrm{A} = \mathrm{pr}_1\mathrm{G} A = pr 1 G 、B = p r 2 G \mathrm{B} = \mathrm{pr}_2\mathrm{G} B = pr 2 G 是投影。 关系 ( y , x ) ∈ G (y, x) \in \mathrm{G} ( y , x ) ∈ G 意味着 ( x , y ) ∈ B × A (x, y) \in \mathrm{B} \times \mathrm{A} ( x , y ) ∈ B × A ;因此,这个关系有一个由所有有序对( x , y ) (x, y) ( x , y ) 组成的图,使得( y , x ) ∈ G (y, x) \in \mathrm{G} ( y , x ) ∈ G 。
设G是一个图。 元素为有序对( x , y ) (x, y) ( x , y ) 使得( y , x ) ∈ G (y, x) \in \mathrm{G} ( y , x ) ∈ G 的图称为G的逆图,记为*G − 1 \overset{-1}{\mathrm{G}} G − 1 。
对于每个集合X,G − 1 ⟨ X ⟩ \overset{-1}{\mathrm{G}}\langle\mathrm{X}\rangle G − 1 ⟨ X ⟩ 被称为*X*下*G的*逆像。
¶ 很明显,G − 1 \overset{-1}{\mathrm{G}} G − 1 的倒数是 G,并且
p r 1 G − 1 = p r 2 G , p r 2 G − 1 = p r 1 G . \mathrm{pr}_1\overset{-1}{\mathrm{G}} = \mathrm{pr}_2\mathrm{G}, \qquad \mathrm{pr}_2\overset{-1}{\mathrm{G}} = \mathrm{pr}_1\mathrm{G}. pr 1 G − 1 = pr 2 G , pr 2 G − 1 = pr 1 G .
特别是,如果X,Y是两个集合,我们有
X × Y ⏞ − 1 = Y × X . \overset{-1}{\overbrace{\mathrm{X} \times \mathrm{Y}}} = \mathrm{Y} \times \mathrm{X}. X × Y − 1 = Y × X .
如果 G − 1 = G \overset{-1}{\mathrm{G}} = \mathrm{G} G − 1 = G ,则称图 G 是“对称”的。
¶ 设 Γ = ( G , A , B ) \Gamma = (\mathrm{G}, \mathrm{A}, \mathrm{B}) Γ = ( G , A , B ) 为 A 和 B 之间的对应。由于 p r 1 G − 1 ⊂ B \mathrm{pr}_1\overset{-1}{\mathrm{G}} \subset \mathrm{B} pr 1 G − 1 ⊂ B 和 p r 2 G − 1 ⊂ A \mathrm{pr}_2\overset{-1}{\mathrm{G}} \subset \mathrm{A} pr 2 G − 1 ⊂ A ,三元组 ( G − 1 , B , A ) (\overset{-1}{\mathrm{G}}, \mathrm{B}, \mathrm{A}) ( G − 1 , B , A ) 是 B 和 A 之间的 对应,称为对应 Γ \Gamma Γ 的 逆*,并用 Γ − 1 \overset{-1}{\Gamma} Γ − 1 表示。对于B的每个子集Y,Γ − 1 \overset{-1}{\Gamma} Γ − 1 下Y的像Γ − 1 ⟨ Y ⟩ \overset{-1}{\Gamma}\langle\mathrm{Y}\rangle Γ − 1 ⟨ Y ⟩ 也称为Γ \Gamma Γ 下Y的*逆像*。显然 Γ − 1 \overset{-1}{\Gamma} Γ − 1 的倒数是 Γ \Gamma Γ 。
3. 两个对应的合成
令G、G′为两个图。令 A 表示集合 p r 1 G \mathrm{pr}_1\mathrm{G} pr 1 G ,令 C 表示集合 p r 2 G ′ \mathrm{pr}_2\mathrm{G}' pr 2 G ′ 。 关系( ∃ y ) ( ( x , y ) ∈ G (\exists y)((x, y) \in \mathrm{G} ( ∃ y ) (( x , y ) ∈ G 和( y , z ) ∈ G ′ ) (y, z) \in \mathrm{G}') ( y , z ) ∈ G ′ ) 意味着( x , z ) ∈ A × C (x, z) \in \mathrm{A} \times \mathrm{C} ( x , z ) ∈ A × C ,因此有一个关于x x x 和z z z 的图。
设G、G′为两个图。 关系、( ∃ y ) ( ( x , y ) ∈ G (\exists y)((x, y) \in \mathrm{G} ( ∃ y ) (( x , y ) ∈ G 和( y , z ) ∈ G ′ ) (y, z) \in \mathrm{G}') ( y , z ) ∈ G ′ ) 的图(相对于x x x 和z z z )称为G'和G的合成,并用*G ′ ∘ G \mathrm{G}' \circ \mathrm{G} G ′ ∘ G 表示(或用G ′ G \mathrm{G}'\mathrm{G} G ′ G 表示有时)。
被以下引用 1 被以下引用 例, A I § 1
设*G,G′*为两个图。 * G′ ∘ G * 的倒数是* G − 1 ∘ G ′ − 1 \overset{-1}{G} \circ \overset{-1}{G'} G − 1 ∘ G ′ − 1 。
被以下引用 1 被以下引用 定义 7
对于关系“( x , y ) ∈ G (x, y) \in G ( x , y ) ∈ G 和( y , z ) ∈ G ′ (y, z) \in G' ( y , z ) ∈ G ′ ”相当于
( z , y ) ∈ G ′ − 1 and ( y , x ) ∈ G − 1 . (z, y) \in \overset{-1}{G'} \text{ and } (y, x) \in \overset{-1}{G}. ( z , y ) ∈ G ′ − 1 and ( y , x ) ∈ G − 1 .
设* G 1 G_1 G 1 、G 2 G_2 G 2 、G 3 G_3 G 3 *为图形。然后
引用了 1 引用了 I § 4. 量化理论
( G 3 ∘ G 2 ) ∘ G 1 = G 3 ∘ ( G 2 ∘ G 1 ) . (G_3 \circ G_2) \circ G_1 = G_3 \circ (G_2 \circ G_1). ( G 3 ∘ G 2 ) ∘ G 1 = G 3 ∘ ( G 2 ∘ G 1 ) .
关系 ( x , t ) ∈ ( G 3 ∘ G 2 ) ∘ G 1 (x, t) \in (G_3 \circ G_2) \circ G_1 ( x , t ) ∈ ( G 3 ∘ G 2 ) ∘ G 1 相当于关系
( ∃ y ) ( ( x , y ) ∈ G 1 and ∃ z ( ( y , z ) ∈ G 2 and ( z , t ) ∈ G 3 ) ) (\exists y)((x, y) \in G_1 \text{ and } \exists z((y, z) \in G_2 \text{ and } (z, t) \in G_3)) ( ∃ y ) (( x , y ) ∈ G 1 and ∃ z (( y , z ) ∈ G 2 and ( z , t ) ∈ G 3 ))
因此(通过 C33 (章 I, § 4, no. 3))到关系
(1)
( ∃ y ) ( ∃ z ) ( ( x , y ) ∈ G 1 and ( y , z ) ∈ G 2 and ( z , t ) ∈ G 3 ) . (\exists y)(\exists z)((x, y) \in G_1 \text{ and } (y, z) \in G_2 \text{ and } (z, t) \in G_3). ( ∃ y ) ( ∃ z ) (( x , y ) ∈ G 1 and ( y , z ) ∈ G 2 and ( z , t ) ∈ G 3 ) .
同样,关系( x , t ) ∈ G 3 ∘ ( G 2 ∘ G 1 ) (x, t) \in G_3 \circ (G_2 \circ G_1) ( x , t ) ∈ G 3 ∘ ( G 2 ∘ G 1 ) 等价于
(2)
( ∃ z ) ( ∃ y ) ( ( x , y ) ∈ G 1 and ( y , z ) ∈ G 2 and ( z , t ) ∈ G 3 ) . (\exists z)(\exists y)((x, y) \in G_1 \text{ and } (y, z) \in G_2 \text{ and } (z, t) \in G_3). ( ∃ z ) ( ∃ y ) (( x , y ) ∈ G 1 and ( y , z ) ∈ G 2 and ( z , t ) ∈ G 3 ) .
但关系 (1) 和 (2) 是等价的;因此结果。
¶ 图 G 3 ∘ ( G 2 ∘ G 1 ) G_3 \circ (G_2 \circ G_1) G 3 ∘ ( G 2 ∘ G 1 ) 用 G 3 ∘ G 2 ∘ G 1 G_3 \circ G_2 \circ G_1 G 3 ∘ G 2 ∘ G 1 表示。类似地,如果 G 1 G_1 G 1 、G 2 G_2 G 2 、G 3 G_3 G 3 、G 4 G_4 G 4 是图,我们将
G 4 ∘ ( G 3 ∘ G 2 ∘ G 1 ) = G 4 ∘ G 3 ∘ G 2 ∘ G 1 ; G_4 \circ (G_3 \circ G_2 \circ G_1) = G_4 \circ G_3 \circ G_2 \circ G_1; G 4 ∘ ( G 3 ∘ G 2 ∘ G 1 ) = G 4 ∘ G 3 ∘ G 2 ∘ G 1 ;
等等。
( G ′ ∘ G ) ⟨ A ⟩ = G ′ ⟨ G ⟨ A ⟩ ⟩ . (G' \circ G)\langle A \rangle = G'\langle G\langle A \rangle\rangle. ( G ′ ∘ G ) ⟨ A ⟩ = G ′ ⟨ G ⟨ A ⟩⟩ .
因为凭借 C33 (章 I, § 4, no. 3) 关系 z ∈ ( G ′ ∘ G ) ⟨ A ⟩ z \in (G' \circ G)\langle A \rangle z ∈ ( G ′ ∘ G ) ⟨ A ⟩ 相当于
( ∃ y ) ( ( ∃ x ) ( x ∈ A and ( x , y ) ∈ G ) and ( y , z ) ∈ G ′ ) (\exists y)((\exists x)(x \in A \text{ and } (x, y) \in G) \text{ and } (y, z) \in G') ( ∃ y ) (( ∃ x ) ( x ∈ A and ( x , y ) ∈ G ) and ( y , z ) ∈ G ′ )
因此相当于 ( ∃ y ) ( y ∈ G ⟨ A ⟩ (\exists y)(y \in G\langle A \rangle ( ∃ y ) ( y ∈ G ⟨ A ⟩ 和 ( y , z ) ∈ G ′ ) (y, z) \in G') ( y , z ) ∈ G ′ ) ;因此结果。
¶ 如果 G 和 G′ 是两个图,则有 p r 1 ( G ′ ∘ G ) = G − 1 ⟨ p r 1 G ′ ⟩ \mathrm{pr}_1(G' \circ G) = \overset{-1}{G}\langle \mathrm{pr}_1 G'\rangle pr 1 ( G ′ ∘ G ) = G − 1 ⟨ pr 1 G ′ ⟩ 和 p r 2 ( G ′ ∘ G ) = G ′ ⟨ p r 2 G ⟩ \mathrm{pr}_2(G' \circ G) = G'\langle \mathrm{pr}_2 G\rangle pr 2 ( G ′ ∘ G ) = G ′ ⟨ pr 2 G ⟩ 。对于例,要证明其中的第二个关系,注就足以证明关系z ∈ p r 2 ( G ′ ∘ G ) z \in \mathrm{pr}_2(\mathrm{G}' \circ \mathrm{G}) z ∈ pr 2 ( G ′ ∘ G ) 等价于( ∃ x ) ( ( x , z ) ∈ G ′ ∘ G ) (\exists x)((x, z) \in \mathrm{G}' \circ \mathrm{G}) ( ∃ x ) (( x , z ) ∈ G ′ ∘ G ) ,因此
( ∃ y ) ( ( ∃ x ) ( ( x , y ) ∈ G ) and ( y , z ) ∈ G ′ ) ; (\exists y)((\exists x)((x, y) \in \mathrm{G}) \quad \text{and} \quad (y, z) \in \mathrm{G}'); ( ∃ y ) (( ∃ x ) (( x , y ) ∈ G ) and ( y , z ) ∈ G ′ ) ;
但这相当于z ∈ G ′ ⟨ p r 2 G ⟩ z \in \mathrm{G}'\langle \mathrm{pr}_2\mathrm{G}\rangle z ∈ G ′ ⟨ pr 2 G ⟩ 。
¶ 如果 G 是一个图并且 X 集合使得 X ⊂ p r 1 G \mathrm{X} \subset \mathrm{pr}_1\mathrm{G} X ⊂ pr 1 G ,我们有
X ⊂ G − 1 ⟨ G ⟨ X ⟩ ⟩ . \mathrm{X} \subset \overset{-1}{\mathrm{G}}\langle \mathrm{G}\langle \mathrm{X}\rangle\rangle. X ⊂ G − 1 ⟨ G ⟨ X ⟩⟩ .
对于关系x ∈ X x \in \mathrm{X} x ∈ X ,假设意味着( ∃ y ) ( ( x , y ) ∈ G ) (\exists y)((x, y) \in \mathrm{G}) ( ∃ y ) (( x , y ) ∈ G ) ;但( x , y ) ∈ G (x, y) \in \mathrm{G} ( x , y ) ∈ G 等价于( y , x ) ∈ G − 1 (y, x) \in \overset{-1}{\mathrm{G}} ( y , x ) ∈ G − 1 ,另一方面( x , y ) ∈ G (x, y) \in \mathrm{G} ( x , y ) ∈ G 意味着( ∃ z ) ( z ∈ X (\exists z)(z \in \mathrm{X} ( ∃ z ) ( z ∈ X 和( z , y ) ∈ G ) (z, y) \in \mathrm{G}) ( z , y ) ∈ G ) ;因此 x ∈ X x \in \mathrm{X} x ∈ X 意味着
( ∃ y ) ( ( ∃ z ) ( z ∈ X and ( z , y ) ∈ G ) and ( y , x ) ∈ G − 1 ) , (\exists y)((\exists z)(z \in \mathrm{X} \quad \text{and} \quad (z, y) \in \mathrm{G}) \quad \text{and} \quad (y, x) \in \overset{-1}{\mathrm{G}}), ( ∃ y ) (( ∃ z ) ( z ∈ X and ( z , y ) ∈ G ) and ( y , x ) ∈ G − 1 ) ,
也就是说,x ∈ G − 1 ⟨ G ⟨ X ⟩ ⟩ x \in \overset{-1}{\mathrm{G}}\langle \mathrm{G}\langle \mathrm{X}\rangle\rangle x ∈ G − 1 ⟨ G ⟨ X ⟩⟩ 。
¶ 很明显,如果G 1 \mathrm{G}_1 G 1 、G 2 \mathrm{G}_2 G 2 、G 1 ′ \mathrm{G}'_1 G 1 ′ 、G 2 ′ \mathrm{G}'_2 G 2 ′ 是图,则关系、G 1 ⊂ G 2 \mathrm{G}_1 \subset \mathrm{G}_2 G 1 ⊂ G 2 和G 1 ′ ⊂ G 2 ′ \mathrm{G}'_1 \subset \mathrm{G}'_2 G 1 ′ ⊂ G 2 ′ 隐含G 1 ′ ∘ G 1 ⊂ G 2 ′ ∘ G 2 \mathrm{G}'_1 \circ \mathrm{G}_1 \subset \mathrm{G}'_2 \circ \mathrm{G}_2 G 1 ′ ∘ G 1 ⊂ G 2 ′ ∘ G 2 。
¶ 令Γ = ( G , A , B ) \Gamma = (\mathrm{G}, \mathrm{A}, \mathrm{B}) Γ = ( G , A , B ) 和Γ ′ = ( G ′ , B , C ) \Gamma' = (\mathrm{G}', \mathrm{B}, \mathrm{C}) Γ ′ = ( G ′ , B , C ) 为两个对应,使得Γ \Gamma Γ 的目标与Γ ′ \Gamma' Γ ′ 的源相同。从上面的讨论我们有p r 1 ( G ′ ∘ G ) ⊂ p r 1 G ⊂ A \mathrm{pr}_1(\mathrm{G}' \circ \mathrm{G}) \subset \mathrm{pr}_1\mathrm{G} \subset \mathrm{A} pr 1 ( G ′ ∘ G ) ⊂ pr 1 G ⊂ A 和p r 2 ( G ′ ∘ G ) ⊂ p r 2 G ′ ⊂ C \mathrm{pr}_2(\mathrm{G}' \circ \mathrm{G}) \subset \mathrm{pr}_2\mathrm{G}' \subset \mathrm{C} pr 2 ( G ′ ∘ G ) ⊂ pr 2 G ′ ⊂ C ;因此我们可以声明以下定义:
设*Γ = ( G , A , B ) \Gamma = (\mathrm{G}, \mathrm{A}, \mathrm{B}) Γ = ( G , A , B ) *和*Γ ′ = ( G ′ , B , C ) \Gamma' = (\mathrm{G}', \mathrm{B}, \mathrm{C}) Γ ′ = ( G ′ , B , C ) *为两个对应,使得*Γ \Gamma Γ *的目标是*Γ ′ \Gamma' Γ ′ 的源。 则对应 ( G ′ ∘ G , A , C ) (\mathrm{G}' \circ \mathrm{G}, \mathrm{A}, \mathrm{C}) ( G ′ ∘ G , A , C ) 称为 Γ ′ \Gamma' Γ ′ 和 Γ \Gamma Γ 的合成,*并表示为* Γ ′ ∘ Γ \Gamma' \circ \Gamma Γ ′ ∘ Γ (或有时 Γ ′ Γ \Gamma'\Gamma Γ ′ Γ )。
引用了 2 引用了 命题 3 , 命题 5
从命题 5 可以立即得出,如果 X 是 A 的子集,我们就有 ( Γ ′ ∘ Γ ) ⟨ X ⟩ = Γ ′ ⟨ Γ ⟨ X ⟩ ⟩ (\Gamma' \circ \Gamma)\langle \mathrm{X}\rangle = \Gamma'\langle \Gamma\langle \mathrm{X}\rangle\rangle ( Γ ′ ∘ Γ ) ⟨ X ⟩ = Γ ′ ⟨ Γ ⟨ X ⟩⟩ 。此外,由于Γ ′ − 1 \overset{-1}{\Gamma'} Γ ′ − 1 的目标与Γ − 1 \overset{-1}{\Gamma} Γ − 1 的源相同,因此Γ ′ ∘ Γ \Gamma' \circ \Gamma Γ ′ ∘ Γ 的逆是Γ − 1 ∘ Γ ′ − 1 \overset{-1}{\Gamma} \circ \overset{-1}{\Gamma'} Γ − 1 ∘ Γ ′ − 1 ,乘以命题3。
如果*A*是形式*( x , x ) (x, x) ( x , x ) 的所有对象、集合、集合*Δ A \Delta_\mathrm{A} Δ A *,*其中*x ∈ A x \in \mathrm{A} x ∈ A 、*称为*A × A \mathrm{A} \times \mathrm{A} A × A 的对角线。
显然我们有p r 1 Δ A = p r 2 Δ A = A \mathrm{pr}_1\Delta_\mathrm{A} = \mathrm{pr}_2\Delta_\mathrm{A} = \mathrm{A} pr 1 Δ A = pr 2 Δ A = A 。 对应
I A = ( Δ A , A , A ) \mathrm{I}_\mathrm{A} = (\Delta_\mathrm{A}, \mathrm{A}, \mathrm{A}) I A = ( Δ A , A , A )
称为 A 上的*恒等式对应*;它是它自己的逆。
¶ 如果 A 和 B 之间的Γ \Gamma Γ 是对应,且I A \mathrm{I}_\mathrm{A} I A 、I B \mathrm{I}_\mathrm{B} I B 分别是A、B 上的恒等式对应,则Γ ∘ I A = I B ∘ Γ = Γ \Gamma \circ \mathrm{I}_\mathrm{A} = \mathrm{I}_\mathrm{B} \circ \Gamma = \Gamma Γ ∘ I A = I B ∘ Γ = Γ 。
4. Functions
如果对于每个 x 至多有一个对象在 * F (章 I, § 5, no. 3) 下对应到 x,则 graph F * 被称为函数图。 对应 f = ( F , A , B ) f = (\mathrm{F}, \mathrm{A}, \mathrm{B}) f = ( F , A , B ) 如果其图 F 是函数图并且其源 A 等于其域 p r 1 F \mathrm{pr}_1\mathrm{F} pr 1 F ,则称为函数。 在其他字中,对应 f = ( F , A , B ) f = (\mathrm{F}, \mathrm{A}, \mathrm{B}) f = ( F , A , B ) 是函数,如果对于每个 x 属于到源 A f 关系 ( x , y ) ∈ F (x, y) \in \mathrm{F} ( x , y ) ∈ F 在 y (章 I, § 5, no. 3) 中起作用; f下的对应到x的唯一对象被称为f在 A的元素x处的值,*并用*f ( x ) f(x) f ( x ) (*或*f x f_x f x ,*或*F ( x ) \mathrm{F}(x) F ( x ) ,*或*F x \mathrm{F}_x F x )表示。
引用了 1 · 被以下引用 1 引用了 I § 5. 平等的理论
被以下引用 注 2
如果f f f 是函数,F是它的图,并且f f f 的域的x x x 元素、关系y = f ( x ) y = f(x) y = f ( x ) 则等价于( x , y ) ∈ F (x, y) \in \mathrm{F} ( x , y ) ∈ F (章I, § 5, no. 3,准则C46)。
空集是一个函数图。每个图为空的函数都有等于空集的定义域和值域。其中函数中,目标为空的(即函数( ∅ , ∅ , ∅ ) (\varnothing,\varnothing,\varnothing) ( ∅ , ∅ , ∅ ) )称为*空函数*。
被以下引用 1 被以下引用 定义 1, II § 5
设A为集合。 A (no. 3) 的恒等式对应是函数,称为A的*恒等映射*。
因此,每个集合 A 都有一个关联的家庭,由 A 的恒等映射定义,其指标集合是 A,其元素的集合是 A。滥用语言,集合是有时被称为“家庭”,在这种情况下,它是与集合有问题。
如果对于 f f f 域中的所有 x x x 和 x ′ x' x ′ ,我们有 f ( x ) = f ( x ′ ) f(x)=f(x') f ( x ) = f ( x ′ ) ,则函数 f f f 被称为“常数”。
¶ 设 f f f 为集合 E 的映射到 E 中。如果 f ( x ) = x f(x)=x f ( x ) = x ,则 E 的元素 x x x 被认为*固定在* f f f 下。
5. 限制和扩张函数
如果 E 包含在 f f f 和 g g g 的域中,并且如果 f ( x ) = g ( x ) f(x)=g(x) f ( x ) = g ( x ) 对于所有 x ∈ E x\in E x ∈ E ,则两个函数 f f f 和 g g g 被认为在集合 E 上*一致*(或 重合 )。两个具有相同图的函数在其定义域上一致。说f = g f=g f = g 就是说f f f 和g g g 具有相同的域A和相同的目标B,并且它们在A上一致。
¶ 令 f = ( F , A , B ) f=(F,A,B) f = ( F , A , B ) 和 g = ( G , C , D ) g=(G,C,D) g = ( G , C , D ) 为两个函数。说F ⊂ G F\subset G F ⊂ G 就是说f f f 的定义域A包含在g g g 的定义域C中,并且g g g 与A上的f f f 一致。如果还有B ⊂ D B\subset D B ⊂ D ,则g g g 可以说是扩张* f f f (更准确地说,f f f 到C的扩张),而g g g 据说是*扩展* f f f (到C)。当g g g 被称为D的元素*的*家族时,f f f 被称为g g g 的*子家族*。
¶ 令f f f 为函数,并令A 为f f f 域的子集。 直接的,关系“x ∈ A x\in A x ∈ A 和y = f ( x ) y=f(x) y = f ( x ) ”有一个关于x x x 和y y y 的图G,这个图是函数的,A是它的域;图为G的函数,与f f f 有相同的目标,称为f f f 到A A A 的*限制*,用f ∣ A f|A f ∣ A 表示为有时。 函数是其任意限制中的扩张。如果两个函数f f f 、g g g 有相同的目标并且在集合E E E 上达成一致,那么它们的限制到E E E 是相等的。
6. 定义函数通过项
C54。 令T T T 、A A A 为两个项,并令x x x 、y y y 为不同的字母。假设x x x 没有出现在A A A 中,并且y y y 没有出现在T T T 或A A A 中。令R R R 为关系“x ∈ A x \in A x ∈ A 和y = T y = T y = T ”。 关系 R R R 有一个关于字母 x x x 和 y y y 的图表 F F F 。该图是函数式的;其第一个投影为A A A ,其第二个投影为x ∈ A x \in A x ∈ A (§ 1, no. 6)形式T T T 对象集合。对于每个x ∈ A x \in A x ∈ A ,我们有F ( x ) = T F(x) = T F ( x ) = T 。
对于x ∈ A x \in A x ∈ A ,令B B B 为形式T T T 的对象集合。然后
R ⟹ ( ( x , y ) ∈ A × B ) ;
R \Longrightarrow ((x,y) \in A \times B);
R ⟹ (( x , y ) ∈ A × B ) ;
由于A × B A \times B A × B 包含表示的组件既不是x x x 也不是y y y ,所以R R R 有一个关于字母x x x 和y y y (no. 1)的图F F F 。很明显关系
( x , y ) ∈ F and ( x , y ′ ) ∈ F
(x,y) \in F \quad\text{and}\quad (x,y') \in F
( x , y ) ∈ F and ( x , y ′ ) ∈ F
意味着y = y ′ y = y' y = y ′ ,因此F F F 是一个函数图。剩下的叙述是显而易见的。
¶ 如果 C C C 是集合,其中形式 T T T 的对象包含集合 B B B x ∈ A x \in A x ∈ A (其中 y y y 不出现在C C C ),则函数 ( F , A , C ) (F,A,C) ( F , A , C ) 也表示为记号 x → T x \to T x → T (x ∈ A x \in A x ∈ A , T ∈ C T \in C T ∈ C ); 相应的在形式数学包含中的组装既不是x x x 也不是y y y ,并且不依赖于字母y y y 满足上述条件的选择。 当上下文足够明确时,我们将允许自己记号x → T ( x ∈ A ) x \to T(x \in A) x → T ( x ∈ A ) 、( T ) x ∈ A (T)_{x \in A} ( T ) x ∈ A 或x → T x \to T x → T ,以及有时简单地T T T 或( T ) (T) ( T ) 。 因此,如果上下文清楚表明我们的意思是集合复数的映射 x → x 3 x \to x^3 x → x 3 本身,我们就可以说“函数 x 3 x^3 x 3 ”。 \
例
如果f f f 是A A A 的映射入B B B ,则函数f f f 等于函数x → f ( x ) x \to f(x) x → f ( x ) (x ∈ A x \in A x ∈ A ,f ( x ) ∈ B f(x) \in B f ( x ) ∈ B ),简单写为x → f ( x ) x \to f(x) x → f ( x ) 或( f x ) x ∈ A (f_x)_{x \in A} ( f x ) x ∈ A (后者记号尤其与短语“元素家族”相关,而不是“函数”)。
令 G 为有序对的集合。 函数
z → p r 1 z ( z ∈ G , p r 1 z ∈ p r 1 G ) z \to \mathrm{pr}_1 z \quad (z \in \mathrm{G}, \ \mathrm{pr}_1 z \in \mathrm{pr}_1 \mathrm{G}) z → pr 1 z ( z ∈ G , pr 1 z ∈ pr 1 G )
和
z → p r 2 z ( z ∈ G , p r 2 z ∈ p r 2 G ) z \to \mathrm{pr}_2 z \quad (z \in \mathrm{G}, \ \mathrm{pr}_2 z \in \mathrm{pr}_2 \mathrm{G}) z → pr 2 z ( z ∈ G , pr 2 z ∈ pr 2 G )
分别称为* G 上的*第一和第二坐标函数;当不存在混淆风险时,它们用 p r 1 \mathrm{pr}_1 pr 1 和 p r 2 \mathrm{pr}_2 pr 2 表示。
7. 合成两个函数。逆函数
如果f是*A*到*B的映射,*并且g是*B*到*C的映射,*那么*g ∘ f g \circ f g ∘ f *是*A*到*C的映射。
设F、G分别为f f f 、g g g 的图,并证明G ∘ F \mathrm{G} \circ \mathrm{F} G ∘ F 是函数图。令x x x 、z z z 、z ′ z' z ′ 为对象,使得( x , z ) ∈ G ∘ F (x, z) \in \mathrm{G} \circ \mathrm{F} ( x , z ) ∈ G ∘ F 、( x , z ′ ) ∈ G ∘ F (x, z') \in \mathrm{G} \circ \mathrm{F} ( x , z ′ ) ∈ G ∘ F 。存在对象 y y y , y ′ y' y ′ 使得
( x , y ) ∈ F , ( x , y ′ ) ∈ F , ( y , z ) ∈ G , ( y ′ , z ′ ) ∈ G . (x, y) \in \mathrm{F}, \qquad (x, y') \in \mathrm{F}, \qquad (y, z) \in \mathrm{G}, \qquad (y', z') \in \mathrm{G}. ( x , y ) ∈ F , ( x , y ′ ) ∈ F , ( y , z ) ∈ G , ( y ′ , z ′ ) ∈ G .
由于 F 是函数图,因此我们有 y = y ′ y = y' y = y ′ ,因此有 ( y , z ′ ) ∈ G (y, z') \in \mathrm{G} ( y , z ′ ) ∈ G 。由于 G 是函数图,因此有 z = z ′ z = z' z = z ′ ,这证明了我们的断言。此外,g ∘ f g \circ f g ∘ f 的定义域显然是A,并且证明是完备的。
¶ 函数 g ∘ f g \circ f g ∘ f 也可以写成 x → g ( f ( x ) ) x \to g(f(x)) x → g ( f ( x )) ,或者在不存在混淆风险的情况下写成 g f gf g f 。
令f 为* A 到 B 的映射。 映射 f 被称为单射,或单射,如果 A * 的任何两个不同的元素在 f 下具有不同的像。 映射 f 被称为满射,或满射,if* f ( A ) = B f(\mathrm{A}) = \mathrm{B} f ( A ) = B 。 *如果 f 既是单射又是满射,则称为双射,或双射。
我们有时不是说f f f 是满射的说,而是说f f f 是A 到 B上的映射,或者说它是B通过A的*参数表示*(在这种情况下,A被称为参数*的*集合) A 的表示和元素称为*参数*)。如果f f f 是双射,我们有时说*f将*A*和*B*一对一的对应*。 A 的双射到 A 上称为 A 的 置换 。
例
如果A到B的A ⊂ B \mathrm{A} \subset \mathrm{B} A ⊂ B 、映射其图是A的对角线是单射的,则称为A到B的*典范映射*或*典范嵌入*(或简称为*单射*)。
设 A 为集合。 A 的映射x → ( x , x ) x \to (x, x) x → ( x , x ) 到A × A \mathrm{A} \times \mathrm{A} A × A 的对角线Δ A \Delta_\mathbf{A} Δ A 是一个双射映射,称为A的*对角线映射*。
令 G 为集合 / 有序对。 G 的映射 p r 1 \mathrm{pr}_1 pr 1 (分别为 p r 2 \mathrm{pr}_2 pr 2 )到 p r 1 G \mathrm{pr}_1\mathrm{G} pr 1 G (分别为 p r 2 G \mathrm{pr}_2\mathrm{G} pr 2 G )是满射; p r 1 \mathrm{pr}_1 pr 1 是单射的当且仅当 G 是函数图。
令 G 为有序对的集合。 映射
z → ( p r 2 z , p r 1 z ) z \to (\mathrm{pr}_2 z,\ \mathrm{pr}_1 z) z → ( pr 2 z , pr 1 z )
G 到G − 1 \overset{-1}{\mathrm{G}} G − 1 的值是双射(称为*规范*双射)。
设 A 为集合和 b b b 一个对象。 A 的映射 x → ( x , b ) x \to (x,\ b) x → ( x , b ) 到 A × { b } \mathrm{A} \times \{b\} A × { b } 是双射。
设f f f 是*A*到*B的映射。*则*f − 1 \overset{-1}{f} f − 1 *是函数当且仅当f f f 是双射的。
如果f − 1 \overset{-1}{f} f − 1 为函数,则其源B等于其定义域,即f ( A ) f(\mathrm{A}) f ( A ) ;因而 f f f 是满射的。为了证明f f f 是单射的,让x x x 和y y y 是A的两个元素,使得f ( x ) = f ( y ) f(x) = f(y) f ( x ) = f ( y ) 。如果 F 表示 f f f 的图,我们有
( f ( x ) , x ) ∈ F − 1 and ( f ( y ) , y ) ∈ F − 1 , (f(x),\ x) \in \overset{-1}{\mathrm{F}} \qquad \text{and} \qquad (f(y),\ y) \in \overset{-1}{\mathrm{F}}, ( f ( x ) , x ) ∈ F − 1 and ( f ( y ) , y ) ∈ F − 1 ,
因而
( f ( x ) , y ) ∈ F − 1 , (f(x),\ y) \in \overset{-1}{\mathrm{F}}, ( f ( x ) , y ) ∈ F − 1 ,
这样x = y x = y x = y ,就证明了断言。
¶ 相反,如果 f f f 是双射,则直接的 F − 1 \overset{-1}{\mathrm{F}} F − 1 是泛函,并且f − 1 \overset{-1}{f} f − 1 的定义域等于 B。
当f f f 是双射时,f − 1 \overset{-1}{f} f − 1 称为f f f 的*逆映射*; f − 1 \overset{-1}{f} f − 1 是双射,f − 1 ∘ f \overset{-1}{f} \circ f f − 1 ∘ f 是A的恒等映射,f ∘ f − 1 f \circ \overset{-1}{f} f ∘ f − 1 是B的恒等映射。
¶ 如果置换与其逆元相同,则称其为*对合*。
8. 缩回与截面
如果存在 B 的映射 r r r 到 A 中,使得 r ∘ f r \circ f r ∘ f 是 A 的恒等映射,则等式 f ( x ) = f ( y ) f(x) = f(y) f ( x ) = f ( y ) ,其中 x ∈ A x \in A x ∈ A 和 y ∈ A y \in A y ∈ A 隐含 x = r ( f ( x ) ) = r ( f ( y ) ) = y x = r(f(x)) = r(f(y)) = y x = r ( f ( x )) = r ( f ( y )) = y ,因此 f f f 是单射的。如果 A 中存在 B 的映射 s s s ,使得 f ∘ s f \circ s f ∘ s 是 B 的恒等映射,则我们有 B = f ( s ( B ) ) ⊂ f ( A ) ⊂ B B = f(s(B)) \subset f(A) \subset B B = f ( s ( B )) ⊂ f ( A ) ⊂ B ,因此 f f f 是满射。如果 f f f 是满射,则令 T 表示项 τ y ( y ∈ A and f ( y ) = x ) \tau_y(y \in A \text{ and } f(y) = x) τ y ( y ∈ A and f ( y ) = x ) 。我们有f ( T ) = x f(T) = x f ( T ) = x 换x ∈ B x \in B x ∈ B ;如果s s s 表示映射x → T x \to T x → T ( x ∈ B , T ∈ A ) (x \in B, T \in A) ( x ∈ B , T ∈ A ) ,则f ∘ s f \circ s f ∘ s 是B的恒等映射。最后,假设f f f 是单射且A≠ ∅ \neq \emptyset = ∅ ,令a a a 是A的元素。 关系
“ ( y ∈ A and x = f ( y ) ) or ( y = a and x ∈ B − f ( A ) ) ” \text{“}(y \in A \text{ and } x = f(y)) \text{ or } (y = a \text{ and } x \in B - f(A))\text{''} “ ( y ∈ A and x = f ( y )) or ( y = a and x ∈ B − f ( A )) ”
蕴含( x , y ) ∈ B × A (x, y) \in B \times A ( x , y ) ∈ B × A ,因此有一个关于字母x x x 、y y y 的图R。该图由于假设在 f f f 上是函数的,并且以 B 为其定义域;如果x ∈ B − f ( A ) x \in B - f(A) x ∈ B − f ( A ) ,我们有R ( x ) = a R(x) = a R ( x ) = a ,如果x ∈ f ( A ) x \in f(A) x ∈ f ( A ) ,我们有f ( R ( x ) ) = x f(R(x)) = x f ( R ( x )) = x 。因此函数r = ( R , B , A ) r = (R, B, A) r = ( R , B , A ) 使得r ∘ f r \circ f r ∘ f 是A的恒等映射。
设* A,B 为集合,设f f f 为 A 入 B的映射,*并令g g g 为* B 入 A的映射。 如果g ∘ f g \circ f g ∘ f 是 A 的恒等映射且如果f ∘ g f \circ g f ∘ g 是 B 的恒等映射,*则 f f f 和 g g g 是双射,且 g = f − 1 g = \overset{-1}{f} g = f − 1 .
被以下引用 1 被以下引用 注, IV § 2
设 f f f 为* A 到 B 的单射*(或*满射*)*映射。*任意映射 r r r *(或s s s )*B 到 A 使得 r ∘ f r \circ f r ∘ f (或f ∘ s f \circ s f ∘ s ) 是 A(分别为B)的恒等映射*称为撤回*(分别为*截面*)*f f f 。
被以下引用 6 被以下引用 例, A I § 2 , 命题 15, A II § 1 , 推论, II § 5 , 命题 2, II § 5 , II § 6. 等价关系 , 命题 9, TG I § 3
使用有时代替撤回(或截面)短语*左逆*(或*右逆*)。
¶ 如果 f f f 是单射(或满射)并且 r r r (或 s s s )是 f f f 的回缩(或截面),则 f f f 是 r r r 的截面(或回缩) (分别s s s )。因此,回缩是满射的,而截面是单射的。
¶ 如果f f f 是满射且s s s 、s ′ s' s ′ 是f f f 的两个截面,使得s ( B ) = s ′ ( B ) s(\mathrm{B}) = s'(\mathrm{B}) s ( B ) = s ′ ( B ) ,则s = s ′ s = s' s = s ′ ;因为如果x ∈ B x \in \mathrm{B} x ∈ B ,则存在y ∈ B y \in \mathrm{B} y ∈ B 使得s ( x ) = s ′ ( y ) s(x) = s'(y) s ( x ) = s ′ ( y ) ,并且我们有x = f ( s ( x ) ) = f ( s ′ ( y ) ) = y x = f(s(x)) = f(s'(y)) = y x = f ( s ( x )) = f ( s ′ ( y )) = y ,因而s ( x ) = s ′ ( x ) s(x) = s'(x) s ( x ) = s ′ ( x ) ,因而s = s ′ s = s' s = s ′ 。因此截面s s s 由集合s ( B ) s(\mathrm{B}) s ( B ) 唯一确定。滥用语言,集合s ( B ) s(\mathrm{B}) s ( B ) 被有时称为f f f *的*截面。
(a) 如果f f f 和f ′ f' f ′ 是单射,那么f ′ ′ f'' f ′′ 就是单射。如果r r r 、r ′ r' r ′ 分别是f f f 、f ′ f' f ′ 的退化,则r ∘ r ′ r \circ r' r ∘ r ′ 是f ′ ′ f'' f ′′ 的缩回。
(b) 如果 f f f 和 f ′ f' f ′ 是满射,则 f ′ ′ f'' f ′′ 是满射。如果s s s 、s ′ s' s ′ 分别是f f f 、f ′ f' f ′ 的截面,那么s ∘ s ′ s \circ s' s ∘ s ′ 就是f ′ ′ f'' f ′′ 的截面。
(c) 如果f ′ ′ f'' f ′′ 是单射,则f f f 是单射。如果 r ′ ′ r'' r ′′ 是 f ′ ′ f'' f ′′ 的缩回,则 r ′ ′ ∘ f ′ r'' \circ f' r ′′ ∘ f ′ 是 f f f 的缩回。
(d) 如果 f ′ ′ f'' f ′′ 是满射,则 f ′ f' f ′ 是满射。如果 s ′ ′ s'' s ′′ 是 f ′ ′ f'' f ′′ 中的截面,则 f ∘ s ′ ′ f \circ s'' f ∘ s ′′ 是 f ′ f' f ′ 中的截面。
(e) 如果 f ′ ′ f'' f ′′ 是满射且 f ′ f' f ′ 单射,则 f f f 是满射。如果s ′ ′ s'' s ′′ 是f ′ ′ f'' f ′′ 中的截面,则s ′ ′ ∘ f ′ s'' \circ f' s ′′ ∘ f ′ 是f f f 中的截面。
(f) 如果f ′ ′ f'' f ′′ 是单射并且f f f 是满射,那么f ′ f' f ′ 是单射。如果 r ′ ′ r'' r ′′ 是 f ′ ′ f'' f ′′ 的缩回,则 f ∘ r ′ ′ f \circ r'' f ∘ r ′′ 是 f ′ f' f ′ 的缩回。
对于每个集合 E,令 I E \mathrm{I_E} I E 表示 E 的恒等映射。
(a) 我们有 r ∘ f = I A r \circ f = \mathrm{I_A} r ∘ f = I A 和 r ′ ∘ f ′ = I B r' \circ f' = \mathrm{I_B} r ′ ∘ f ′ = I B ,因此
( r ∘ r ′ ) ∘ ( f ′ ∘ f ) = r ∘ I B ∘ f = r ∘ f = I A . (r \circ r') \circ (f' \circ f) = r \circ \mathrm{I_B} \circ f = r \circ f = \mathrm{I_A}. ( r ∘ r ′ ) ∘ ( f ′ ∘ f ) = r ∘ I B ∘ f = r ∘ f = I A .
如果 f f f 和 f ′ f' f ′ 为单射,则 f ′ ′ f'' f ′′ 为单射,如果 A ≠ ∅ \mathrm{A} \neq \emptyset A = ∅ ,则为命题 8,如果为 A = ∅ \mathrm{A} = \emptyset A = ∅ ,则为命题 8。
(b) 我们有 f ∘ s = I B f \circ s = \mathrm{I_B} f ∘ s = I B 和 f ′ ∘ s ′ = I C f' \circ s' = \mathrm{I_C} f ′ ∘ s ′ = I C ,因此
( f ′ ∘ f ) ( s ∘ s ′ ) = f ′ ∘ I B ∘ s ′ = f ′ ∘ s ′ = I C . (f' \circ f)(s \circ s') = f' \circ \mathrm{I_B} \circ s' = f' \circ s' = \mathrm{I_C}. ( f ′ ∘ f ) ( s ∘ s ′ ) = f ′ ∘ I B ∘ s ′ = f ′ ∘ s ′ = I C .
如果 f f f 和 f ′ f' f ′ 是满射,则 f ′ ′ f'' f ′′ 是命题 8 的满射。
(c) 我们有r ′ ′ ∘ f ′ ′ = I A r'' \circ f'' = \mathrm{I_A} r ′′ ∘ f ′′ = I A ,因此有( r ′ ′ ∘ f ′ ) ∘ f = r ′ ′ ∘ f ′ ′ = I A (r'' \circ f') \circ f = r'' \circ f'' = \mathrm{I_A} ( r ′′ ∘ f ′ ) ∘ f = r ′′ ∘ f ′′ = I A 。如果f ′ ′ f'' f ′′ 是单射,那么f f f 就是单射,如果A ≠ ∅ \mathrm{A} \neq \emptyset A = ∅ 则命题 8,如果A = ∅ \mathrm{A} = \emptyset A = ∅ 则很简单。
(d) 我们有f ′ ′ ∘ s ′ ′ = I C f'' \circ s'' = \mathrm{I_C} f ′′ ∘ s ′′ = I C ,因此有f ′ ∘ ( f ∘ s ′ ′ ) = f ′ ′ ∘ s ′ ′ = I C f' \circ (f \circ s'') = f'' \circ s'' = \mathrm{I_C} f ′ ∘ ( f ∘ s ′′ ) = f ′′ ∘ s ′′ = I C 。如果 f ′ ′ f'' f ′′ 是满射,则 f ′ f' f ′ 是命题 8 的满射。
(e) 我们有f ′ ′ ∘ s ′ ′ = I C f'' \circ s'' = \mathrm{I_C} f ′′ ∘ s ′′ = I C ,并且通过(d) f ′ f' f ′ 是双射。因此
f ∘ ( s ′ ′ ∘ f ′ ) = ( f − 1 ′ ∘ f ′ ) ∘ f ∘ ( s ′ ′ ∘ f ′ ) = f − 1 ′ ∘ ( f ′ ′ ∘ s ′ ′ ) ∘ f ′ f \circ (s'' \circ f') \;=\; (\overset{-1}{f}{}' \circ f') \circ f \circ (s'' \circ f') \;=\; \overset{-1}{f}{}' \circ (f'' \circ s'') \circ f' f ∘ ( s ′′ ∘ f ′ ) = ( f − 1 ′ ∘ f ′ ) ∘ f ∘ ( s ′′ ∘ f ′ ) = f − 1 ′ ∘ ( f ′′ ∘ s ′′ ) ∘ f ′
= f − 1 ′ ∘ I C ∘ f ′ = f − 1 ′ ∘ f ′ = I B . = \overset{-1}{f}{}' \circ \mathrm{I_C} \circ f' = \overset{-1}{f}{}' \circ f' = \mathrm{I_B}. = f − 1 ′ ∘ I C ∘ f ′ = f − 1 ′ ∘ f ′ = I B .
如果 f ′ ′ f'' f ′′ 是满射且 f ′ f' f ′ 单射,则 f f f 是命题 8 的满射。
(f) 我们有 r ′ ′ ∘ f ′ ′ = I A r'' \circ f'' = \mathrm{I_A} r ′′ ∘ f ′′ = I A ,并且通过 (c) f f f 是双射。因此
( f ∘ r ′ ′ ) ∘ f ′ = ( f ∘ r ′ ′ ) ∘ f ′ ∘ ( f ∘ f − 1 ) = f ∘ ( r ′ ′ ∘ f ′ ′ ) ∘ f − 1 = f ∘ I A ∘ f − 1 (f \circ r'') \circ f' = (f \circ r'') \circ f' \circ (f \circ \overset{-1}{f}) = f \circ (r'' \circ f'') \circ \overset{-1}{f} = f \circ \mathrm{I_A} \circ \overset{-1}{f} ( f ∘ r ′′ ) ∘ f ′ = ( f ∘ r ′′ ) ∘ f ′ ∘ ( f ∘ f − 1 ) = f ∘ ( r ′′ ∘ f ′′ ) ∘ f − 1 = f ∘ I A ∘ f − 1
= f ∘ f − 1 = I B . = f \circ \overset{-1}{f} = \mathrm{I_B}. = f ∘ f − 1 = I B .
如果f ′ ′ f'' f ′′ 是单射并且f f f 是一个满射,那么f ′ f' f ′ 是单射,如果A ≠ ∅ \mathrm{A} \neq \emptyset A = ∅ 则命题 8,并且如果A = ∅ \mathrm{A} = \emptyset A = ∅ (因为那么我们有B = f ⟨ A ⟩ = ∅ \mathrm{B} = f\langle \mathrm{A}\rangle = \emptyset B = f ⟨ A ⟩ = ∅ )。
(a) 设 E,F,G 为集合,让 g g g 为 E 的映射 到* F 和 f f f *映射 of * E 到 G。*则存在* F 到 G 的映射 h h h 这样 f = h ∘ g f = h \circ g f = h ∘ g 当且仅当关系 g ( x ) = g ( y ) g(x) = g(y) g ( x ) = g ( y ) (其中 x ∈ E x \in \mathrm{E} x ∈ E ,y ∈ E y \in \mathrm{E} y ∈ E *)意味着关系* f ( x ) = f ( y ) f(x) = f(y) f ( x ) = f ( y ) 。 映射 h h h 则由 f f f 唯一确定; 如果 s s s *是*g g g 的截面,*我们有*h = f ∘ s h = f \circ s h = f ∘ s 。
E ↘ f g ↓ ↑ s F ⟶ h G ↗ f E r ↓ ↑ g G ⟶ h F \begin{array}{ccc}
\mathrm{E} & \overset{f}{\searrow} & \\
{\scriptstyle g}\big\downarrow\big\uparrow{\scriptstyle s} & & \\
\mathrm{F} & \underset{h}{\longrightarrow} & \mathrm{G}
\end{array}
\qquad\qquad
\begin{array}{ccc}
& \overset{f}{\nearrow} & \mathrm{E} \\
& & {\scriptstyle r}\big\downarrow\big\uparrow{\scriptstyle g} \\
\mathrm{G} & \underset{h}{\longrightarrow} & \mathrm{F}
\end{array} E g ↓ ⏐ ⏐ ↑ s F ↘ f h ⟶ G G ↗ f h ⟶ E r ↓ ⏐ ⏐ ↑ g F
(a) (b) \text{(a)} \qquad\qquad\qquad \text{(b)} (a) (b)
被以下引用 1 被以下引用 II § 6. 等价关系
(b) 设 E、F、G 为集合,让 g g g 为 F *的单射 入 E,*且令* f f f 为 G 入 E 的映射。 则存在映射 h h h of G 进入 F*使得*f = g ∘ h f = g \circ h f = g ∘ h *当且仅当*f ( G ) ⊂ f ( F ) f(\mathrm{G}) \subset f(\mathrm{F}) f ( G ) ⊂ f ( F ) 。 映射 h h h 由 f f f 唯一确定; 如果 r r r *是*g g g 的撤回,*我们有*h = r ∘ f h = r \circ f h = r ∘ f 。
(a) 如果f = h ∘ g f = h \circ g f = h ∘ g 、关系 g ( x ) = g ( y ) g(x) = g(y) g ( x ) = g ( y ) (其中x ∈ E x \in \mathrm{E} x ∈ E 、y ∈ E y \in \mathrm{E} y ∈ E )明确暗示f ( x ) = f ( y ) f(x) = f(y) f ( x ) = f ( y ) 。对于 g g g 中的每截面 s s s ,我们有
h = h ∘ ( g ∘ s ) = f ∘ s , h = h \circ (g \circ s) = f \circ s, h = h ∘ ( g ∘ s ) = f ∘ s ,
这表明h h h 由f f f 唯一确定。相反,假设关系g ( x ) = g ( y ) g(x) = g(y) g ( x ) = g ( y ) 蕴涵f ( x ) = f ( y ) f(x) = f(y) f ( x ) = f ( y ) ;令s s s 为g g g 中的截面,并令h = f ∘ s h = f \circ s h = f ∘ s ;那么对于每个x ∈ E x \in E x ∈ E ,我们有g ( s ( g ( x ) ) ) = g ( x ) g(s(g(x))) = g(x) g ( s ( g ( x ))) = g ( x ) ,因此有f ( s ( g ( x ) ) ) = f ( x ) f(s(g(x))) = f(x) f ( s ( g ( x ))) = f ( x ) ,即h ( g ( x ) ) = f ( x ) h(g(x)) = f(x) h ( g ( x )) = f ( x ) ,因此有f = h ∘ g f = h \circ g f = h ∘ g 。
(b) 如果f = g ∘ h f = g \circ h f = g ∘ h ,那么显然是f ( G ) ⊂ f ( F ) f(G) \subset f(F) f ( G ) ⊂ f ( F ) ,并且对于g g g 的每一次收回r r r ,我们都有h = ( r ∘ g ) ∘ h = r ∘ f h = (r \circ g) \circ h = r \circ f h = ( r ∘ g ) ∘ h = r ∘ f ,这表明h h h 是由f f f 唯一确定的。相反,假设f ( G ) ⊂ f ( F ) f(G) \subset f(F) f ( G ) ⊂ f ( F ) ;令r r r 为g g g 的缩回,并放入h = r ∘ f h = r \circ f h = r ∘ f ;对于每个x ∈ G x \in G x ∈ G ,都存在y ∈ F y \in F y ∈ F 使得f ( x ) = g ( y ) f(x) = g(y) f ( x ) = g ( y ) ,因此
g ( h ( x ) ) = g ( r ( f ( x ) ) ) = g ( r ( g ( y ) ) ) = g ( y ) = f ( x ) g(h(x)) = g(r(f(x))) = g(r(g(y))) = g(y) = f(x) g ( h ( x )) = g ( r ( f ( x ))) = g ( r ( g ( y ))) = g ( y ) = f ( x )
因此f = g ∘ h f = g \circ h f = g ∘ h 。
9. 函数两个参数
两个参数*的*函数是函数,其域是有序对的集合(或者等效地,乘积的子集)。令f f f 为函数;如果( x , y ) (x, y) ( x , y ) 是f f f 域的元素,元素( x , y ) (x, y) ( x , y ) 处f f f 的值f ( ( x , y ) ) f((x, y)) f (( x , y )) 一般用f ( x , y ) f(x, y) f ( x , y ) 表示。
¶ 令 f f f 为两个参数的函数,D 为其定义域,C 为其目标。对于每个y y y ,令A y A_y A y 为所有x x x 的集合,使得( x , y ) ∈ D (x, y) \in D ( x , y ) ∈ D (即D − 1 \overset{-1}{D} D − 1 在y y y (no. 1)处的截面)。 映射
x → f ( x , y ) ( x ∈ A y , f ( x , y ) ∈ C ) x \to f(x, y) \quad (x \in A_y, f(x, y) \in C) x → f ( x , y ) ( x ∈ A y , f ( x , y ) ∈ C )
被称为*由f f f 定义的部分映射,相对于第二个参数*的值y y y ,并由f ( ∙ , y ) f(\bullet, y) f ( ∙ , y ) 或f ( , y ) f(\ , y) f ( , y ) (或有时f y f_y f y )表示;我们为所有 ( x , y ) ∈ D (x, y) \in D ( x , y ) ∈ D 提供了 f ( ∙ , y ) ( x ) = f ( x , y ) f(\bullet, y)(x) = f(x, y) f ( ∙ , y ) ( x ) = f ( x , y ) 。类似地,对于每个x x x ,令B x B_x B x 为所有y y y 的集合,使得( x , y ) ∈ D (x, y) \in D ( x , y ) ∈ D 。 映射
y → f ( x , y ) ( y ∈ B x , f ( x , y ) ∈ C ) y \to f(x, y) \quad (y \in B_x, f(x, y) \in C) y → f ( x , y ) ( y ∈ B x , f ( x , y ) ∈ C )
被称为*由f f f 定义的部分映射,相对于第一个参数*的值x x x ,并由f ( x , ∙ ) f(x, \bullet) f ( x , ∙ ) 或f ( x , ) f(x, \ ) f ( x , ) (或有时f x f_x f x )表示;我们为所有 ( x , y ) ∈ D (x, y) \in D ( x , y ) ∈ D 提供了 f ( x , ∙ ) ( y ) = f ( x , y ) f(x, \bullet)(y) = f(x, y) f ( x , ∙ ) ( y ) = f ( x , y ) 。
¶ 如果对于每个 y y y (分别为 x x x ),部分映射 f ( ∙ , y ) f(\bullet, y) f ( ∙ , y ) (分别为 f ( x , ∙ ) f(x, \bullet) f ( x , ∙ ) )是常数映射,我们说 f f f 不依赖于 它的第一个(或第二个)参数;因此,这意味着每当 ( x , y ) (x, y) ( x , y ) 和 ( x ′ , y ) (x', y) ( x ′ , y ) 属于到 D 时,f ( x , y ) = f ( x ′ , y ) f(x, y) = f(x', y) f ( x , y ) = f ( x ′ , y ) (或每当 ( x , y ) (x, y) ( x , y ) 和 ( x , y ′ ) (x, y') ( x , y ′ ) 属于到 D 时,f ( x , y ) = f ( x , y ′ ) f(x, y) = f(x, y') f ( x , y ) = f ( x , y ′ ) )。对于 D 的每个y y y 属于到第二个投影,让g ( y ) g(y) g ( y ) 表示x ∈ A y x \in A_y x ∈ A y 的f ( x , y ) f(x, y) f ( x , y ) 的公共的值; 映射 y → g ( y ) y \to g(y) y → g ( y ) 则 p r 2 D \mathrm{pr}_2 D pr 2 D 的映射变为C,使得
g ( y ) = f ( x , y ) for all ( x , y ) ∈ D . g(y) = f(x, y) \qquad \text{for all } (x, y) \in D. g ( y ) = f ( x , y ) for all ( x , y ) ∈ D .
¶ 相反,令 g g g 为集合 B 的映射到集合 C,并令 A 为任意集合。那么A × B A \times B A × B 到C的映射( x , y ) → g ( y ) (x, y) \to g(y) ( x , y ) → g ( y ) 不依赖于它的第一个参数。
¶ 令 u u u 为 A 的映射到 C 和 B 的 v v v 映射到 D。 A × B A \times B A × B 到 C × D C \times D C × D 的映射 z → ( u ( p r 1 z ) , v ( p r 2 z ) ) z \to (u(\mathrm{pr}_1 z), v(\mathrm{pr}_2 z)) z → ( u ( pr 1 z ) , v ( pr 2 z )) 称为 (规范 ) 扩张 u u u and v v v to 乘积集合 , or simply 乘积 of u u u and v v v (if there is no risk of confusion);它的范围是u ⟨ A ⟩ × v ⟨ B ⟩ u\langle A\rangle \times v\langle B\rangle u ⟨ A ⟩ × v ⟨ B ⟩ 。用u × v u \times v u × v 表示。 If u u u and v v v are injective (resp. surjective) then u × v u \times v u × v is injective (resp. surjective). If u u u and v v v are bijective, then u × v u \times v u × v is bijective, and its inverse 映射 is u − 1 × v − 1 \overset{-1}{u} \times \overset{-1}{v} u − 1 × v − 1 . If u ′ u' u ′ is 映射 of C into 集合 E and if v ′ v' v ′ is 映射 of D into 集合 F, we have
( u ′ × v ′ ) ∘ ( u × v ) = ( u ′ ∘ u ) × ( v ′ ∘ v ) . (u' \times v') \circ (u \times v) = (u' \circ u) \times (v' \circ v). ( u ′ × v ′ ) ∘ ( u × v ) = ( u ′ ∘ u ) × ( v ′ ∘ v ) .
如果U、V分别是u u u 、v v v 的图,则u × v u \times v u × v 的图W是( A × B ) × ( C × D ) (A \times B) \times (C \times D) ( A × B ) × ( C × D ) 的有序对( ( x , y ) , ( z , t ) ) ((x,y), (z, t)) (( x , y ) , ( z , t )) 的集合,使得( x , z ) ∈ U (x, z) \in U ( x , z ) ∈ U 和( y , t ) ∈ V (y, t) \in V ( y , t ) ∈ V ; 映射 ( ( x , y ) , ( z , t ) ) → ( ( x , z ) , ( y , t ) ) ((x, y), (z, t)) \to ((x, z), (y, t)) (( x , y ) , ( z , t )) → (( x , z ) , ( y , t )) puts W in one-to-one 对应 with 乘积 U × V U \times V U × V (子集 of ( A × C ) × ( B × D ) (A \times C) \times (B \times D) ( A × C ) × ( B × D ) ) (cf. §5, no. 5).
习题
参见习题为 § 3 。