Bourbaki

Google 翻译生成的粗略草稿,质量较低。术语依照术语表,但句子可能有误;之后会由仔细的译文取代。

3. Correspondences

1. 图表和对应

定义 1 03PG

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}))

是真的。

如果G是图,关系(x,y)∈G(x, y) \in G用说表示“G下yy对应到xx”。

令 R{x,y}\boldsymbol{R}\{x, y\} 为关系,其中 xx 和 yy 是不同的字母。设G\boldsymbol{G}是一个字母,与xx和yy不同,R\boldsymbol{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})))

是真的,据说关系R\boldsymbol{R}*有一个图形*(相对于字母xx和yy)。那么图G\boldsymbol{G}凭借范围公理是唯一的,并且被称为R\boldsymbol{R}相对于xx和yy的*图*。

¶ 令 ZZ 为一个字母,与 xx 和 yy 不同,它不会出现在 RR 中。如果关系

(∃Z)(∀x)(∀y)(R⇒((x,y)∈Z))(\exists Z)(\forall x)(\forall y)(R \Rightarrow ((x, y) \in Z))

为真,则 RR 有图;我们可以将此图视为有序对zz的集合,使得z∈Zz \in Z和R{pr1z, pr2z}R \{ \mathrm{pr}_1 z,\ \mathrm{pr}_2 z \}(zz是与xx、yy、ZZ不同的字母,RR中没有出现)。如果我们知道项TT,则满足条件,而包含既不知道xx,也不知道yy,因此R⇒((x, y)∈T)R \Rightarrow ((x,\ y) \in T)为真。

命题 1 03HI

让*G 是一个图。恰好存在一个集合 A 和恰好一个集合 B 具有以下属性:

引用了 2

引用了 II § 1. 集合化关系, 命题 2, II § 2

(1) 关系 (∃y)((x, y)∈G)(\exists y)((x,\ y) \in \mathrm{G}) 等价于 x∈Ax \in \mathrm{A};

(2) 关系 (∃x)((x, y)∈G)(\exists x)((x,\ y) \in \mathrm{G}) 等价于 y∈By \in \mathrm{B}。

因为只要取 A(分别为 B)为形式 pr1z\mathrm{pr}_1 z(分别为 pr2z\mathrm{pr}_2 z)的所有对象中的集合就足够了,其中 z∈Gz \in \mathrm{G} (§ 1, no. 6)。恰恰,

A=Ex((∃y)((x,y)∈G)))andB=Ey((∃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}));

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 pr1⟨G⟩\mathrm{pr}_1 \langle \mathrm{G} \rangle 和 pr2⟨G⟩\mathrm{pr}_2 \langle \mathrm{G} \rangle 表示(如果不存在混淆的风险,则用 pr1G\mathrm{pr}_1 \mathrm{G} 和 pr2G\mathrm{pr}_2 \mathrm{G} 表示)。立即验证G⊂(pr1G)×(pr2G)\mathrm{G} \subset (\mathrm{pr}_1 \mathrm{G}) \times (\mathrm{pr}_2 \mathrm{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、pr1G\mathrm{pr}_1 \mathrm{G}、pr2G\mathrm{pr}_2 \mathrm{G}其中之一为空,则有G=∅\mathrm{G} = \emptyset(§ 2、命题 2)。

注 03S1

关系 x=yx = y 没有图,对于图的第一个投影,如果存在,将是所有对象中的集合(cf. § 1, no. 7,注)。

引用了 1

引用了 II § 1. 集合化关系

定义 2 03HJ

对应在集合* A 和集合 B *之间是一个三元组

Γ=(G, A, B),\Gamma = (\mathrm{G},\ \mathrm{A},\ \mathrm{B}),

其中 G 是一个图,使得 pr1G⊂A\mathrm{pr}_1 \mathrm{G} \subset \mathrm{A} 和 pr2G⊂B\mathrm{pr}_2 \mathrm{G} \subset \mathrm{B}。 G*据说是*Γ\Gamma的图,A*是源,*B*是*Γ\Gamma的目标。

如果(x, y)∈G(x,\ y) \in \mathrm{G},我们说“yy对应到xx在对应Γ\Gamma”。对于每个 x∈pr1Gx \in \mathrm{pr}_1 \mathrm{G} 对应 Γ\Gamma 被称为*定义于* xx,而 pr1G\mathrm{pr}_1 \mathrm{G} 被称为*Γ\Gamma的*域;每个 y∈pr2Gy \in \mathrm{pr}_2 \mathrm{G} 被称为由* Γ\Gamma 取的 值,pr2G\mathrm{pr}_2 \mathrm{G} 被称为 Γ\Gamma 的*范围。

如果R{x,y}R \{ x, y \}是关系,它有一个图GG(相对于字母xx,yy),并且如果AA,BB是两个集合,使得pr1G⊂A\mathrm{pr}_1 G \subset A和pr2G⊂B\mathrm{pr}_2 G \subset B,我们说RR 是AA 的元素和BB* 的元素之间的*关系(相对于字母xx、yy)。 对应Γ=(G,A,B)\Gamma = (G, A, B)据说是AA和BB之间的对应*由*关系RR定义(相对于xx和yy)。

设 G 为图,且 X 为集合。 关系

x∈X and (x,y)∈Gx \in X \text{ and } (x, y) \in G

意味着(x,y)∈G(x, y) \in G,因此有一个图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。

定义 3 03PI

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 或 G(X)G(X)表示。

设 Γ=(G,A,B)\Gamma = (G, A, B) 为对应并让 X 为 A 的子集 集合 G⟨X⟩G\langle X \rangle 也表示为 Γ⟨X⟩\Gamma\langle X \rangle 或 Γ(X)\Gamma(X) 并称为像共 X 低于 Γ\Gamma。

注

被以下引用 1

被以下引用 注

注 1 03PH

准确地说,G⟨X⟩G\langle X \rangle表示集合Ey((∃x)(x∈X and (x,y)∈G))\mathscr{E}_y((\exists x)(x \in X \text{ and } (x,y) \in G))。从现在开始,我们通常不会将我们的定义翻译成正式语言。

注 2 03S2

记号 G(X)G(X) 和 Γ(X)\Gamma(X) 有时会导致与稍后介绍的记号混淆(cf. no. 4、注紧随定义 9)。

设 G 是一个图。由于关系(x,y)∈G(x, y) \in G意味着y∈pr2Gy \in \mathrm{pr}_2 G,因此对于每个集合X,我们有G⟨X⟩⊂pr2GG\langle X \rangle \subset \mathrm{pr}_2 G。由于(x,y)∈G(x, y) \in G意味着x∈pr1Gx \in \mathrm{pr}_1 G,所以我们有G⟨pr1G⟩=pr2GG\langle \mathrm{pr}_1 G \rangle = \mathrm{pr}_2 G。我们有G⟨∅⟩=∅G\langle \emptyset \rangle = \emptyset,因为x∉∅x \notin \emptyset是定理。如果X⊂pr1GX \subset \mathrm{pr}_1 G和X≠∅X \neq \emptyset,我们有G⟨X⟩≠∅G\langle X \rangle \neq \emptyset。

引用了 1

引用了 定义 9

命题 2 03PJ

设* G 为一个图,并让 X,Y 为两个集合;那么关系 X⊂YX \subset Y 意味着 G⟨X⟩⊂G⟨Y⟩G\langle X \rangle \subset G\langle Y \rangle。

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。

推论 03PK

如果*A⊃pr1GA \supset \mathrm{pr}_1 G,*我们有*G⟨A⟩=pr2GG\langle A \rangle = \mathrm{pr}_2 G。

定义 4 03PL

设*G*是一个图,并且*xx*对象。 集合* G⟨{x}⟩G\langle \{x\} \rangle(通过滥用语言,G(x)G(x)表示为有时)*被称为* G 在 xx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 相当于 (x,y)∈G(x, y) \in G。如果 G 和 G′G' 是两个图,则关系 G⊂G′G \subset G' 等价于

(∀x)(G⟨{x}⟩⊂G′⟨{x}⟩).(\forall x)(G\langle \{x\} \rangle \subset G'\langle \{x\} \rangle).

如果 A 和 B 之间的 Γ=(G,A,B)\Gamma = (\mathrm{G}, \mathrm{A}, \mathrm{B}) 为对应,则对于 G 在 xx 处的每个 x∈Ax \in \mathrm{A} 截面也称为* Γ\Gamma 在 xx 的 *截面,并用 Γ⟨{x}⟩\Gamma\langle\{x\}\rangle 表示(或Γ(x)\Gamma(x))。

2. 逆对应

设 G 是一个图,A=pr1G\mathrm{A} = \mathrm{pr}_1\mathrm{G}、B=pr2G\mathrm{B} = \mathrm{pr}_2\mathrm{G} 是投影。 关系 (y,x)∈G(y, x) \in \mathrm{G} 意味着 (x,y)∈B×A(x, y) \in \mathrm{B} \times \mathrm{A};因此,这个关系有一个由所有有序对(x,y)(x, y)组成的图,使得(y,x)∈G(y, x) \in \mathrm{G}。

定义 5 03PM

设G是一个图。 元素为有序对(x,y)(x, y)使得(y,x)∈G(y, x) \in \mathrm{G}的图称为G的逆图,记为*G−1\overset{-1}{\mathrm{G}}。

对于每个集合X,G−1⟨X⟩\overset{-1}{\mathrm{G}}\langle\mathrm{X}\rangle被称为*X*下*G的*逆像。

¶ 很明显,G−1\overset{-1}{\mathrm{G}} 的倒数是 G,并且

pr1G−1=pr2G,pr2G−1=pr1G.\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}.

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}.

如果 G−1=G\overset{-1}{\mathrm{G}} = \mathrm{G},则称图 G 是“对称”的。

¶ 设 Γ=(G,A,B)\Gamma = (\mathrm{G}, \mathrm{A}, \mathrm{B}) 为 A 和 B 之间的对应。由于 pr1G−1⊂B\mathrm{pr}_1\overset{-1}{\mathrm{G}} \subset \mathrm{B} 和 pr2G−1⊂A\mathrm{pr}_2\overset{-1}{\mathrm{G}} \subset \mathrm{A},三元组 (G−1,B,A)(\overset{-1}{\mathrm{G}}, \mathrm{B}, \mathrm{A}) 是 B 和 A 之间的 对应,称为对应 Γ\Gamma 的逆*,并用 Γ−1\overset{-1}{\Gamma} 表示。对于B的每个子集Y,Γ−1\overset{-1}{\Gamma}下Y的像Γ−1⟨Y⟩\overset{-1}{\Gamma}\langle\mathrm{Y}\rangle也称为Γ\Gamma下Y的*逆像*。显然 Γ−1\overset{-1}{\Gamma} 的倒数是 Γ\Gamma。

3. 两个对应的合成

令G、G′为两个图。令 A 表示集合 pr1G\mathrm{pr}_1\mathrm{G},令 C 表示集合 pr2G′\mathrm{pr}_2\mathrm{G}'。 关系(∃y)((x,y)∈G(\exists y)((x, y) \in \mathrm{G}和(y,z)∈G′)(y, z) \in \mathrm{G}')意味着(x,z)∈A×C(x, z) \in \mathrm{A} \times \mathrm{C},因此有一个关于xx和zz的图。

定义 6 03PN

设G、G′为两个图。 关系、(∃y)((x,y)∈G(\exists y)((x, y) \in \mathrm{G}和(y,z)∈G′)(y, z) \in \mathrm{G}')的图(相对于xx和zz)称为G'和G的合成,并用*G′∘G\mathrm{G}' \circ \mathrm{G}表示(或用G′G\mathrm{G}'\mathrm{G}表示有时)。

被以下引用 1

被以下引用 例, A I § 1

命题 3 03HK

设*G,G′*为两个图。 * G′ ∘ G * 的倒数是* G−1∘G′−1\overset{-1}{G} \circ \overset{-1}{G'}。

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和(y,z)∈G′(y, z) \in 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}.

命题 4 03HL

设* G1G_1、G2G_2、G3G_3 *为图形。然后

引用了 1

引用了 I § 4. 量化理论

(G3∘G2)∘G1=G3∘(G2∘G1).(G_3 \circ G_2) \circ G_1 = G_3 \circ (G_2 \circ G_1).

关系 (x,t)∈(G3∘G2)∘G1(x, t) \in (G_3 \circ G_2) \circ G_1 相当于关系

(∃y)((x,y)∈G1 and ∃z((y,z)∈G2 and (z,t)∈G3))(\exists y)((x, y) \in G_1 \text{ and } \exists z((y, z) \in G_2 \text{ and } (z, t) \in G_3))

因此(通过 C33 (章 I, § 4, no. 3))到关系

(1)

(∃y)(∃z)((x,y)∈G1 and (y,z)∈G2 and (z,t)∈G3).(\exists y)(\exists z)((x, y) \in G_1 \text{ and } (y, z) \in G_2 \text{ and } (z, t) \in G_3).

同样,关系(x,t)∈G3∘(G2∘G1)(x, t) \in G_3 \circ (G_2 \circ G_1)等价于

(2)

(∃z)(∃y)((x,y)∈G1 and (y,z)∈G2 and (z,t)∈G3).(\exists z)(\exists y)((x, y) \in G_1 \text{ and } (y, z) \in G_2 \text{ and } (z, t) \in G_3).

但关系 (1) 和 (2) 是等价的;因此结果。

¶ 图 G3∘(G2∘G1)G_3 \circ (G_2 \circ G_1) 用 G3∘G2∘G1G_3 \circ G_2 \circ G_1 表示。类似地,如果 G1G_1、G2G_2、G3G_3、G4G_4 是图,我们将

G4∘(G3∘G2∘G1)=G4∘G3∘G2∘G1;G_4 \circ (G_3 \circ G_2 \circ G_1) = G_4 \circ G_3 \circ G_2 \circ G_1;

等等。

命题 5 03HM

设* G, G′ 为图,设 A *为集合。然后

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 I § 4. 量化理论

被以下引用 定义 7

(G′∘G)⟨A⟩=G′⟨G⟨A⟩⟩.(G' \circ G)\langle A \rangle = G'\langle G\langle A \rangle\rangle.

因为凭借 C33 (章 I, § 4, no. 3) 关系 z∈(G′∘G)⟨A⟩z \in (G' \circ G)\langle A \rangle 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')

因此相当于 (∃y)(y∈G⟨A⟩(\exists y)(y \in G\langle A \rangle 和 (y,z)∈G′)(y, z) \in G');因此结果。

¶ 如果 G 和 G′ 是两个图,则有 pr1(G′∘G)=G−1⟨pr1G′⟩\mathrm{pr}_1(G' \circ G) = \overset{-1}{G}\langle \mathrm{pr}_1 G'\rangle 和 pr2(G′∘G)=G′⟨pr2G⟩\mathrm{pr}_2(G' \circ G) = G'\langle \mathrm{pr}_2 G\rangle。对于例,要证明其中的第二个关系,注就足以证明关系z∈pr2(G′∘G)z \in \mathrm{pr}_2(\mathrm{G}' \circ \mathrm{G})等价于(∃x)((x,z)∈G′∘G)(\exists x)((x, z) \in \mathrm{G}' \circ \mathrm{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}');

但这相当于z∈G′⟨pr2G⟩z \in \mathrm{G}'\langle \mathrm{pr}_2\mathrm{G}\rangle。

¶ 如果 G 是一个图并且 X 集合使得 X⊂pr1G\mathrm{X} \subset \mathrm{pr}_1\mathrm{G},我们有

X⊂G−1⟨G⟨X⟩⟩.\mathrm{X} \subset \overset{-1}{\mathrm{G}}\langle \mathrm{G}\langle \mathrm{X}\rangle\rangle.

对于关系x∈Xx \in \mathrm{X},假设意味着(∃y)((x,y)∈G)(\exists y)((x, y) \in \mathrm{G});但(x,y)∈G(x, y) \in \mathrm{G}等价于(y,x)∈G−1(y, x) \in \overset{-1}{\mathrm{G}},另一方面(x,y)∈G(x, y) \in \mathrm{G}意味着(∃z)(z∈X(\exists z)(z \in \mathrm{X}和(z,y)∈G)(z, y) \in \mathrm{G});因此 x∈Xx \in \mathrm{X} 意味着

(∃y)((∃z)(z∈Xand(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}}),

也就是说,x∈G−1⟨G⟨X⟩⟩x \in \overset{-1}{\mathrm{G}}\langle \mathrm{G}\langle \mathrm{X}\rangle\rangle。

¶ 很明显,如果G1\mathrm{G}_1、G2\mathrm{G}_2、G1′\mathrm{G}'_1、G2′\mathrm{G}'_2是图,则关系、G1⊂G2\mathrm{G}_1 \subset \mathrm{G}_2和G1′⊂G2′\mathrm{G}'_1 \subset \mathrm{G}'_2隐含G1′∘G1⊂G2′∘G2\mathrm{G}'_1 \circ \mathrm{G}_1 \subset \mathrm{G}'_2 \circ \mathrm{G}_2。

¶ 令Γ=(G,A,B)\Gamma = (\mathrm{G}, \mathrm{A}, \mathrm{B})和Γ′=(G′,B,C)\Gamma' = (\mathrm{G}', \mathrm{B}, \mathrm{C})为两个对应,使得Γ\Gamma的目标与Γ′\Gamma'的源相同。从上面的讨论我们有pr1(G′∘G)⊂pr1G⊂A\mathrm{pr}_1(\mathrm{G}' \circ \mathrm{G}) \subset \mathrm{pr}_1\mathrm{G} \subset \mathrm{A}和pr2(G′∘G)⊂pr2G′⊂C\mathrm{pr}_2(\mathrm{G}' \circ \mathrm{G}) \subset \mathrm{pr}_2\mathrm{G}' \subset \mathrm{C};因此我们可以声明以下定义:

定义 7 03PO

设*Γ=(G,A,B)\Gamma = (\mathrm{G}, \mathrm{A}, \mathrm{B})*和*Γ′=(G′,B,C)\Gamma' = (\mathrm{G}', \mathrm{B}, \mathrm{C})*为两个对应,使得*Γ\Gamma*的目标是*Γ′\Gamma'的源。 则对应 (G′∘G,A,C)(\mathrm{G}' \circ \mathrm{G}, \mathrm{A}, \mathrm{C}) 称为 Γ′\Gamma' 和 Γ\Gamma 的合成,*并表示为* Γ′∘Γ\Gamma' \circ \Gamma(或有时 Γ′Γ\Gamma'\Gamma)。

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。此外,由于Γ′−1\overset{-1}{\Gamma'}的目标与Γ−1\overset{-1}{\Gamma}的源相同,因此Γ′∘Γ\Gamma' \circ \Gamma的逆是Γ−1∘Γ′−1\overset{-1}{\Gamma} \circ \overset{-1}{\Gamma'},乘以命题3。

定义 8 03PP

如果*A*是形式*(x,x)(x, x)的所有对象、集合、集合*ΔA\Delta_\mathrm{A}*,*其中*x∈Ax \in \mathrm{A}、*称为*A×A\mathrm{A} \times \mathrm{A}的对角线。

显然我们有pr1ΔA=pr2ΔA=A\mathrm{pr}_1\Delta_\mathrm{A} = \mathrm{pr}_2\Delta_\mathrm{A} = \mathrm{A}。 对应

IA=(ΔA,A,A)\mathrm{I}_\mathrm{A} = (\Delta_\mathrm{A}, \mathrm{A}, \mathrm{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 是对应,且IA\mathrm{I}_\mathrm{A}、IB\mathrm{I}_\mathrm{B} 分别是A、B 上的恒等式对应,则Γ∘IA=IB∘Γ=Γ\Gamma \circ \mathrm{I}_\mathrm{A} = \mathrm{I}_\mathrm{B} \circ \Gamma = \Gamma。

4. Functions

定义 9 03HN

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}) 如果其图 F 是函数图并且其源 A 等于其域 pr1F\mathrm{pr}_1\mathrm{F},则称为函数。 在其他字中,对应 f=(F,A,B)f = (\mathrm{F}, \mathrm{A}, \mathrm{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} 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)(*或*fxf_x,*或*F(x)\mathrm{F}(x),*或*Fx\mathrm{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ff是函数,F是它的图,并且ff的域的xx元素、关系y=f(x)y = f(x)则等价于(x,y)∈F(x, y) \in \mathrm{F}(章I, § 5, no. 3,准则C46)。

注 03HO

读者应注意同时使用定义 3 (cf. 习题 11)中引入的记号f(x)f(x)和f(X)f(\mathrm{X})(与f⟨X⟩f\langle \mathrm{X} \rangle同义)可能会引起混乱。

设A和B为两个集合; * A 到 B 的 映射是函数 ff,其源(等于其域)等于 A,其目标等于 B;这样的函数也被认为是在A上定义的,并且在*B中*采用它的值。

通常使用以下短语来代替短语“let ff be 映射 of A into B”:“let f:A→Bf : \mathrm{A} \to \mathrm{B} be 映射”甚至“let f:A→Bf : \mathrm{A} \to \mathrm{B}”。为了简化涉及多个映射的论证的表示,我们使用*图表*,例如

fgCiA→B↗↘E↘D↗hj\begin{array}{ccccccccc} & f & & & g & \mathrm{C} & & i & \\ \mathrm{A} & \to & \mathrm{B} & \nearrow & & & \searrow & & \mathrm{E} \\ & & & \searrow & & \mathrm{D} & \nearrow & & \\ & & & h & & & j & & \end{array}

其中A→fB\mathrm{A} \overset{f}{\to} \mathrm{B}等符号的群应解释为ff是A到B的映射。

A 上定义的函数 ff 据说是 变换 x 变成 f(x)f(x)(对于所有 x∈Ax \in \mathrm{A}); f(x)f(x) 被 f* 称为 x 的 *变换或(滥用语言)ff 下xx 的 像。

¶ 在某些情况下,函数图被称为*家族*;然后,域被称为 指标集合,范围被称为(滥用语言)家族的元素* 的 集合。主要是在这方面,标记记号fxf_x用于表示元素xx处的ff的值。当指标集合为两个集合的积时,我们常说的是双家庭*。

¶ Likewise a function whose target is E is sometimes called a family of elements of E. 如果 E 的每个元素都是集合 F 的子集,我们称 F 的 子集 族。

在整个级数中,我们经常使用字“函数”来代替“函数图”。

例共函数

引用了 2

引用了 定义 3, 习题 11, § 3

例 1 03V1

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

例 2 03V2

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 ff 域中的所有 xx 和 x′x',我们有 f(x)=f(x′)f(x)=f(x'),则函数 ff 被称为“常数”。

¶ 设 ff 为集合 E 的映射到 E 中。如果 f(x)=xf(x)=x,则 E 的元素 xx 被认为*固定在* ff 下。

5. 限制和扩张函数

如果 E 包含在 ff 和 gg 的域中,并且如果 f(x)=g(x)f(x)=g(x) 对于所有 x∈Ex\in E,则两个函数 ff 和 gg 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=gf=g就是说ff和gg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) 和 g=(G,C,D)g=(G,C,D) 为两个函数。说F⊂GF\subset G就是说ff的定义域A包含在gg的定义域C中,并且gg与A上的ff一致。如果还有B⊂DB\subset D,则gg可以说是扩张* ff(更准确地说,ff到C的扩张),而gg据说是*扩展* ff(到C)。当gg被称为D的元素*的*家族时,ff被称为gg的*子家族*。

¶ 令ff 为函数,并令A 为ff 域的子集。 直接的,关系“x∈Ax\in A和y=f(x)y=f(x)”有一个关于xx和yy的图G,这个图是函数的,A是它的域;图为G的函数,与ff有相同的目标,称为ff到AA的*限制*,用f∣Af|A表示为有时。 函数是其任意限制中的扩张。如果两个函数ff、gg有相同的目标并且在集合EE上达成一致,那么它们的限制到EE是相等的。

6. 定义函数通过项

C54。 令TT、AA为两个项,并令xx、yy为不同的字母。假设xx没有出现在AA中,并且yy没有出现在TT或AA中。令RR为关系“x∈Ax \in A和y=Ty = T”。 关系 RR 有一个关于字母 xx 和 yy 的图表 FF。该图是函数式的;其第一个投影为AA,其第二个投影为x∈Ax \in A(§ 1, no. 6)形式TT对象集合。对于每个x∈Ax \in A,我们有F(x)=TF(x) = T。

对于x∈Ax \in A,令BB为形式TT的对象集合。然后

R⟹((x,y)∈A×B); R \Longrightarrow ((x,y) \in A \times B);

由于A×BA \times B包含表示的组件既不是xx也不是yy,所以RR有一个关于字母xx和yy(no. 1)的图FF。很明显关系

(x,y)∈Fand(x,y′)∈F (x,y) \in F \quad\text{and}\quad (x,y') \in F

意味着y=y′y = y',因此FF是一个函数图。剩下的叙述是显而易见的。

¶ 如果 CC 是集合,其中形式 TT 的对象包含集合 BB x∈Ax \in A(其中 yy 不出现在CC),则函数 (F,A,C)(F,A,C) 也表示为记号 x→Tx \to T (x∈Ax \in A, T∈CT \in C); 相应的在形式数学包含中的组装既不是xx也不是yy,并且不依赖于字母yy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)、(T)x∈A(T)_{x \in A}或x→Tx \to T,以及有时简单地TT或(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→x3x \to x^3 本身,我们就可以说“函数 x3x^3”。 \

例

例 1 03S3

如果ff是AA的映射入BB,则函数ff等于函数x→f(x)x \to f(x)(x∈Ax \in A,f(x)∈Bf(x) \in B),简单写为x→f(x)x \to f(x)或(fx)x∈A(f_x)_{x \in A} (后者记号尤其与短语“元素家族”相关,而不是“函数”)。

例 2 03S4

令 G 为有序对的集合。 函数

z→pr1z(z∈G, pr1z∈pr1G)z \to \mathrm{pr}_1 z \quad (z \in \mathrm{G}, \ \mathrm{pr}_1 z \in \mathrm{pr}_1 \mathrm{G})

和

z→pr2z(z∈G, pr2z∈pr2G)z \to \mathrm{pr}_2 z \quad (z \in \mathrm{G}, \ \mathrm{pr}_2 z \in \mathrm{pr}_2 \mathrm{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 pr1\mathrm{pr}_1 和 pr2\mathrm{pr}_2 表示。

7. 合成两个函数。逆函数

命题 6 03HP

如果f是*A*到*B的映射,*并且g是*B*到*C的映射,*那么*g∘fg \circ f*是*A*到*C的映射。

设F、G分别为ff、gg的图,并证明G∘F\mathrm{G} \circ \mathrm{F}是函数图。令xx、zz、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') \in \mathrm{G} \circ \mathrm{F}。存在对象 yy, 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}.

由于 F 是函数图,因此我们有 y=y′y = y',因此有 (y,z′)∈G(y, z') \in \mathrm{G}。由于 G 是函数图,因此有 z=z′z = z',这证明了我们的断言。此外,g∘fg \circ f的定义域显然是A,并且证明是完备的。

¶ 函数 g∘fg \circ f 也可以写成 x→g(f(x))x \to g(f(x)),或者在不存在混淆风险的情况下写成 gfgf。

定义 10 03HQ

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)=Bf(\mathrm{A}) = \mathrm{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ff是满射的说,而是说ff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ff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

例 1 03S5

如果A到B的A⊂B\mathrm{A} \subset \mathrm{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*)。

例 2 03S6

设 A 为集合。 A 的映射x→(x,x)x \to (x, x)到A×A\mathrm{A} \times \mathrm{A}的对角线ΔA\Delta_\mathbf{A}是一个双射映射,称为A的*对角线映射*。

例 3 03S7

令 G 为集合 / 有序对。 G 的映射 pr1\mathrm{pr}_1(分别为 pr2\mathrm{pr}_2)到 pr1G\mathrm{pr}_1\mathrm{G}(分别为 pr2G\mathrm{pr}_2\mathrm{G})是满射; pr1\mathrm{pr}_1 是单射的当且仅当 G 是函数图。

例 4 03S8

令 G 为有序对的集合。 映射

z→(pr2z, pr1z)z \to (\mathrm{pr}_2 z,\ \mathrm{pr}_1 z)

G 到G−1\overset{-1}{\mathrm{G}} 的值是双射(称为*规范*双射)。

例 5 03S9

设 A 为集合和 bb 一个对象。 A 的映射 x→(x, b)x \to (x,\ b) 到 A×{b}\mathrm{A} \times \{b\} 是双射。

命题 7 03PQ

设ff是*A*到*B的映射。*则*f−1\overset{-1}{f}*是函数当且仅当ff是双射的。

如果f−1\overset{-1}{f}为函数,则其源B等于其定义域,即f(A)f(\mathrm{A});因而 ff 是满射的。为了证明ff是单射的,让xx和yy是A的两个元素,使得f(x)=f(y)f(x) = f(y)。如果 F 表示 ff 的图,我们有

(f(x), x)∈F−1and(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}},

因而

(f(x), y)∈F−1,(f(x),\ y) \in \overset{-1}{\mathrm{F}},

这样x=yx = y,就证明了断言。

¶ 相反,如果 ff 是双射,则直接的 F−1\overset{-1}{\mathrm{F}} 是泛函,并且f−1\overset{-1}{f} 的定义域等于 B。

当ff是双射时,f−1\overset{-1}{f}称为ff的*逆映射*; f−1\overset{-1}{f}是双射,f−1∘f\overset{-1}{f} \circ f是A的恒等映射,f∘f−1f \circ \overset{-1}{f}是B的恒等映射。

¶ 如果置换与其逆元相同,则称其为*对合*。

注 03HR

令 ff 为 A 到 B 的映射。对于 A 的每个子集 X,我们有 (no. 3) X⊂f−1⟨f⟨X⟩⟩\mathrm{X} \subset \overset{-1}{f}\langle f\langle \mathrm{X}\rangle\rangle。此外,对于 B 的每个子集 Y,我们有 f⟨f−1⟨Y⟩⟩⊂Yf\langle \overset{-1}{f}\langle \mathrm{Y}\rangle\rangle \subset \mathrm{Y},对于关系 y∈f⟨f−1⟨Y⟩⟩y \in f\langle \overset{-1}{f}\langle \mathrm{Y}\rangle\rangle 相当于

(∃x)((∃z)(z∈Y and z=f(x)) and y=f(x))(\exists x)((\exists z)(z \in \mathrm{Y} \text{ and } z = f(x)) \text{ and } y = f(x))

因此意味着关系(∃z)(z∈Y and y=z)(\exists z)(z \in \mathrm{Y} \text{ and } y = z),因此也意味着关系y∈Yy \in \mathrm{Y}。

如果ff是*满射*,对于B的每个子集Y,我们有f⟨f−1⟨Y⟩⟩=Yf\langle \overset{-1}{f}\langle \mathrm{Y}\rangle\rangle = \mathrm{Y},因为关系y∈Y⊂By \in \mathrm{Y} \subset \mathrm{B}意味着假设关系(∃x)(y=f(x))(\exists x)(y = f(x)),因此也有(∃x)(y∈Y and y=f(x))(\exists x)(y \in \mathrm{Y} \text{ and } y = f(x));但“y∈Yy \in \mathrm{Y}和y=f(x)y = f(x)”意味着(∃z)(z∈Y and z=f(x))(\exists z)(z \in \mathrm{Y} \text{ and } z = f(x)),我们的断言紧随其后。

如果 ff 是 内射,则对于 A 的每个子集 X,我们都有 f−1⟨f⟨X⟩⟩=X\overset{-1}{f}\langle f\langle X\rangle\rangle = X。对于关系 x∈f−1⟨f⟨X⟩⟩x \in \overset{-1}{f}\langle f\langle X\rangle\rangle 相当于 f(x)∈f⟨X⟩f(x) \in f\langle X\rangle,因而

(∃z)(z∈X and f(z)=f(x));(\exists z)(z \in X \text{ and } f(z) = f(x));

但假设意味着f(z)=f(x)f(z) = f(x)蕴含z=xz = x,因而x∈f−1⟨f⟨X⟩⟩x \in \overset{-1}{f}\langle f\langle X\rangle\rangle蕴含x∈Xx \in X。

8. 缩回与截面

命题 8 03HS

设ff为* A 入 B的映射。 如果存在映射rr(分别为ss)*为* B 入 A 使得r∘fr \circ f(分别为f∘sf \circ s)*为恒等映射* A(分别为 B),*则 ff 是单射*(分别为*满射*)。 相反,如果ff是满射,则存在 B 到 A 的映射 ss使得f∘sf \circ s是 B的恒等映射。 如果ff是单射并且如果 A ≠∅\neq \emptyset,*存在映射 * B 的rr进入 A 使得r∘fr \circ f是 A的恒等映射。

被以下引用 5

被以下引用 命题 2, A I § 7, 定理 1, 推论, II § 5, Proposition 12, III § 3, Proposition 3, III § 3

如果存在 B 的映射 rr 到 A 中,使得 r∘fr \circ f 是 A 的恒等映射,则等式 f(x)=f(y)f(x) = f(y),其中 x∈Ax \in A 和 y∈Ay \in A 隐含 x=r(f(x))=r(f(y))=yx = r(f(x)) = r(f(y)) = y,因此 ff 是单射的。如果 A 中存在 B 的映射 ss,使得 f∘sf \circ s 是 B 的恒等映射,则我们有 B=f(s(B))⊂f(A)⊂BB = f(s(B)) \subset f(A) \subset B,因此 ff 是满射。如果 ff 是满射,则令 T 表示项 τy(y∈A and f(y)=x)\tau_y(y \in A \text{ and } f(y) = x)。我们有f(T)=xf(T) = x换x∈Bx \in B;如果ss表示映射x→Tx \to T(x∈B,T∈A)(x \in B, T \in A),则f∘sf \circ s是B的恒等映射。最后,假设ff是单射且A≠∅\neq \emptyset,令aa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{''}

蕴含(x,y)∈B×A(x, y) \in B \times A,因此有一个关于字母xx、yy的图R。该图由于假设在 ff 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),我们有R(x)=aR(x) = a,如果x∈f(A)x \in f(A),我们有f(R(x))=xf(R(x)) = x。因此函数r=(R,B,A)r = (R, B, A)使得r∘fr \circ f是A的恒等映射。

推论 03HT

设* A,B 为集合,设ff为 A 入 B的映射,*并令gg为* B 入 A的映射。 如果g∘fg \circ f是 A 的恒等映射且如果f∘gf \circ g是 B 的恒等映射,*则 ff 和 gg 是双射,且 g=f−1g = \overset{-1}{f}.

被以下引用 1

被以下引用 注, IV § 2

定义 11 03HU

设 ff 为* A 到 B 的单射*(或*满射*)*映射。*任意映射 rr*(或ss)*B 到 A 使得 r∘fr \circ f(或f∘sf \circ s) 是 A(分别为B)的恒等映射*称为撤回*(分别为*截面*)*ff。

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 ff 是单射(或满射)并且 rr(或 ss)是 ff 的回缩(或截面),则 ff 是 rr 的截面(或回缩) (分别ss)。因此,回缩是满射的,而截面是单射的。

¶ 如果ff是满射且ss、s′s'是ff的两个截面,使得s(B)=s′(B)s(\mathrm{B}) = s'(\mathrm{B}),则s=s′s = s';因为如果x∈Bx \in \mathrm{B},则存在y∈By \in \mathrm{B}使得s(x)=s′(y)s(x) = s'(y),并且我们有x=f(s(x))=f(s′(y))=yx = f(s(x)) = f(s'(y)) = y,因而s(x)=s′(x)s(x) = s'(x),因而s=s′s = s'。因此截面ss由集合s(B)s(\mathrm{B})唯一确定。滥用语言,集合s(B)s(\mathrm{B})被有时称为ff*的*截面。

定理 1 03PR

设ff是*A*到*B的映射,*让f′f'是*B*到*C的映射,*并让f′′=f′∘ff'' = f' \circ f。然后:

引用了 1 · 被以下引用 2

引用了 命题 8

被以下引用 III § 3. Equipotent sets. Cardinals, Definition 1, III § 3

(a) 如果ff和f′f'是单射,那么f′′f''就是单射。如果rr、r′r'分别是ff、f′f'的退化,则r∘r′r \circ r'是f′′f''的缩回。

(b) 如果 ff 和 f′f' 是满射,则 f′′f'' 是满射。如果ss、s′s'分别是ff、f′f'的截面,那么s∘s′s \circ s'就是f′′f''的截面。

(c) 如果f′′f'' 是单射,则ff 是单射。如果 r′′r'' 是 f′′f'' 的缩回,则 r′′∘f′r'' \circ f' 是 ff 的缩回。

(d) 如果 f′′f'' 是满射,则 f′f' 是满射。如果 s′′s'' 是 f′′f'' 中的截面,则 f∘s′′f \circ s'' 是 f′f' 中的截面。

(e) 如果 f′′f'' 是满射且 f′f' 单射,则 ff 是满射。如果s′′s''是f′′f''中的截面,则s′′∘f′s'' \circ f'是ff中的截面。

(f) 如果f′′f''是单射并且ff是满射,那么f′f'是单射。如果 r′′r'' 是 f′′f'' 的缩回,则 f∘r′′f \circ r'' 是 f′f' 的缩回。

对于每个集合 E,令 IE\mathrm{I_E} 表示 E 的恒等映射。

(a) 我们有 r∘f=IAr \circ f = \mathrm{I_A} 和 r′∘f′=IBr' \circ f' = \mathrm{I_B},因此

(r∘r′)∘(f′∘f)=r∘IB∘f=r∘f=IA.(r \circ r') \circ (f' \circ f) = r \circ \mathrm{I_B} \circ f = r \circ f = \mathrm{I_A}.

如果 ff 和 f′f' 为单射,则 f′′f'' 为单射,如果 A≠∅\mathrm{A} \neq \emptyset,则为命题 8,如果为 A=∅\mathrm{A} = \emptyset,则为命题 8。

(b) 我们有 f∘s=IBf \circ s = \mathrm{I_B} 和 f′∘s′=ICf' \circ s' = \mathrm{I_C},因此

(f′∘f)(s∘s′)=f′∘IB∘s′=f′∘s′=IC.(f' \circ f)(s \circ s') = f' \circ \mathrm{I_B} \circ s' = f' \circ s' = \mathrm{I_C}.

如果 ff 和 f′f' 是满射,则 f′′f'' 是命题 8 的满射。

(c) 我们有r′′∘f′′=IAr'' \circ f'' = \mathrm{I_A},因此有(r′′∘f′)∘f=r′′∘f′′=IA(r'' \circ f') \circ f = r'' \circ f'' = \mathrm{I_A}。如果f′′f''是单射,那么ff就是单射,如果A≠∅\mathrm{A} \neq \emptyset则命题 8,如果A=∅\mathrm{A} = \emptyset则很简单。

(d) 我们有f′′∘s′′=ICf'' \circ s'' = \mathrm{I_C},因此有f′∘(f∘s′′)=f′′∘s′′=ICf' \circ (f \circ s'') = f'' \circ s'' = \mathrm{I_C}。如果 f′′f'' 是满射,则 f′f' 是命题 8 的满射。

(e) 我们有f′′∘s′′=ICf'' \circ s'' = \mathrm{I_C},并且通过(d) 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−1′∘IC∘f′=f−1′∘f′=IB.= \overset{-1}{f}{}' \circ \mathrm{I_C} \circ f' = \overset{-1}{f}{}' \circ f' = \mathrm{I_B}.

如果 f′′f'' 是满射且 f′f' 单射,则 ff 是命题 8 的满射。

(f) 我们有 r′′∘f′′=IAr'' \circ f'' = \mathrm{I_A},并且通过 (c) ff 是双射。因此

(f∘r′′)∘f′=(f∘r′′)∘f′∘(f∘f−1)=f∘(r′′∘f′′)∘f−1=f∘IA∘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∘f−1=IB.= f \circ \overset{-1}{f} = \mathrm{I_B}.

如果f′′f''是单射并且ff是一个满射,那么f′f'是单射,如果A≠∅\mathrm{A} \neq \emptyset则命题 8,并且如果A=∅\mathrm{A} = \emptyset(因为那么我们有B=f⟨A⟩=∅\mathrm{B} = f\langle \mathrm{A}\rangle = \emptyset)。

命题 9 03PS

(a) 设 E,F,G 为集合,让 gg 为 E 的映射到* F 和 ff *映射 of * E 到 G。*则存在* F 到 G 的映射 hh 这样 f=h∘gf = h \circ g 当且仅当关系 g(x)=g(y)g(x) = g(y) (其中 x∈Ex \in \mathrm{E},y∈Ey \in \mathrm{E}*)意味着关系* f(x)=f(y)f(x) = f(y)。 映射 hh 则由 ff唯一确定; 如果ss*是*gg的截面,*我们有*h=f∘sh = f \circ s。

E↘fg↓↑sF⟶hG↗fEr↓↑gG⟶hF\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}
(a)(b)\text{(a)} \qquad\qquad\qquad \text{(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 gg 为 F *的单射 入 E,*且令* ff 为 G 入 E 的映射。 则存在映射 hh of G 进入F*使得*f=g∘hf = g \circ h*当且仅当*f(G)⊂f(F)f(\mathrm{G}) \subset f(\mathrm{F})。 映射 hh 由 ff唯一确定; 如果rr*是*gg的撤回,*我们有*h=r∘fh = r \circ f。

(a) 如果f=h∘gf = h \circ g、关系 g(x)=g(y)g(x) = g(y)(其中x∈Ex \in \mathrm{E}、y∈Ey \in \mathrm{E})明确暗示f(x)=f(y)f(x) = f(y)。对于 gg 中的每截面 ss,我们有

h=h∘(g∘s)=f∘s,h = h \circ (g \circ s) = f \circ s,

这表明hh由ff唯一确定。相反,假设关系g(x)=g(y)g(x) = g(y)蕴涵f(x)=f(y)f(x) = f(y);令ss为gg中的截面,并令h=f∘sh = f \circ s;那么对于每个x∈Ex \in E,我们有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),即h(g(x))=f(x)h(g(x)) = f(x),因此有f=h∘gf = h \circ g。

(b) 如果f=g∘hf = g \circ h,那么显然是f(G)⊂f(F)f(G) \subset f(F),并且对于gg的每一次收回rr,我们都有h=(r∘g)∘h=r∘fh = (r \circ g) \circ h = r \circ f,这表明hh是由ff唯一确定的。相反,假设f(G)⊂f(F)f(G) \subset f(F);令rr为gg的缩回,并放入h=r∘fh = r \circ f;对于每个x∈Gx \in G,都存在y∈Fy \in F使得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)

因此f=g∘hf = g \circ 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ff为函数;如果(x,y)(x, y)是ff域的元素,元素(x,y)(x, y)处ff的值f((x,y))f((x, y))一般用f(x,y)f(x, y)表示。

¶ 令 ff 为两个参数的函数,D 为其定义域,C 为其目标。对于每个yy,令AyA_y为所有xx的集合,使得(x,y)∈D(x, y) \in D(即D−1\overset{-1}{D}在yy(no. 1)处的截面)。 映射

x→f(x,y)(x∈Ay,f(x,y)∈C)x \to f(x, y) \quad (x \in A_y, f(x, y) \in C)

被称为*由ff定义的部分映射,相对于第二个参数*的值yy,并由f(∙,y)f(\bullet, y)或f( ,y)f(\ , y)(或有时fyf_y)表示;我们为所有 (x,y)∈D(x, y) \in D 提供了 f(∙,y)(x)=f(x,y)f(\bullet, y)(x) = f(x, y)。类似地,对于每个xx,令BxB_x为所有yy的集合,使得(x,y)∈D(x, y) \in D。 映射

y→f(x,y)(y∈Bx,f(x,y)∈C)y \to f(x, y) \quad (y \in B_x, f(x, y) \in C)

被称为*由ff定义的部分映射,相对于第一个参数*的值xx,并由f(x,∙)f(x, \bullet)或f(x, )f(x, \ )(或有时fxf_x)表示;我们为所有 (x,y)∈D(x, y) \in D 提供了 f(x,∙)(y)=f(x,y)f(x, \bullet)(y) = f(x, y)。

¶ 如果对于每个 yy(分别为 xx),部分映射 f(∙,y)f(\bullet, y)(分别为 f(x,∙)f(x, \bullet))是常数映射,我们说 ff 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) 和 (x′,y)(x', y) 属于到 D 时,f(x,y)=f(x′,y)f(x, y) = f(x', y)(或每当 (x,y)(x, y) 和 (x,y′)(x, y') 属于到 D 时,f(x,y)=f(x,y′)f(x, y) = f(x, y'))。对于 D 的每个yy属于到第二个投影,让g(y)g(y)表示x∈Ayx \in A_y的f(x,y)f(x, y)的公共的值; 映射 y→g(y)y \to g(y) 则 pr2D\mathrm{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.

¶ 相反,令 gg 为集合 B 的映射到集合 C,并令 A 为任意集合。那么A×BA \times B到C的映射(x,y)→g(y)(x, y) \to g(y)不依赖于它的第一个参数。

¶ 令 uu 为 A 的映射到 C 和 B 的 vv 映射到 D。 A×BA \times B 到 C×DC \times D 的映射 z→(u(pr1z),v(pr2z))z \to (u(\mathrm{pr}_1 z), v(\mathrm{pr}_2 z)) 称为 (规范) 扩张 uu and vv to 乘积集合, or simply 乘积 of uu and vv (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。用u×vu \times v表示。 If uu and vv are injective (resp. surjective) then u×vu \times v is injective (resp. surjective). If uu and vv are bijective, then u×vu \times v is bijective, and its inverse 映射 is u−1×v−1\overset{-1}{u} \times \overset{-1}{v}. If u′u' is 映射 of C into 集合 E and if 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).

如果U、V分别是uu、vv的图,则u×vu \times v的图W是(A×B)×(C×D)(A \times B) \times (C \times D)的有序对((x,y),(z,t))((x,y), (z, t))的集合,使得(x,z)∈U(x, z) \in U和(y,t)∈V(y, t) \in V; 映射 ((x,y),(z,t))→((x,z),(y,t))((x, y), (z, t)) \to ((x, z), (y, t)) puts W in one-to-one 对应 with 乘积 U×VU \times V (子集 of (A×C)×(B×D)(A \times C) \times (B \times D)) (cf. §5, no. 5).

习题

参见习题为 § 3。

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