Часть 6. Отображение множеств или почему врачи делают инъекции

Подписывайтесь на канал в Яндекс. Дзен или на канал в телеграмм "Математика не для всех", чтобы не пропустить интересующие Вас материалы.

Внимание: важная информация перед прочтением!

Если Вы новичок в теории множеств, ознакомьтесь, пожалуйста, со следующими материалами канала:

  • Часть 1. Изучаем топологию или почему человек — это шар с ручками?
  • Часть 2. Определения множества и подмножества.
  • Часть 3. Бинарные операции над множествами.
  • Часть 4. Унарные операции над множествами
  • Часть 5. Законы де Моргана и диаграммы Эйлера-Венна

Перед Вами один из самых интересных уроков из теории множеств, и в то же время очень важный. Разобравшись с отображениями, мы вплотную подберемся к гомеоморфным преобразованиям. Итак начнем!

Что такое отображение?

На самом деле каждый школьник, начиная с 6-7 класса, когда вводится понятие "функция", постоянно сталкивается с отображениями.

Определение. Функция — это соответствие между элементами двух множеств , установленное по такому правилу, что каждому элементу первого множества соответствует один и только один элемент второго множества. Другими словами, функция взаимно однозначно отображает элементы одного множества в элементы другого. Вот наглядный пример:

Рисунок 1

На вход подаются элементы множества А (которые обозначим x), по пути в петле они определенным образом преобразуются: т.е. каждый элемент возводится в квадрат и складывается с единицей. На выходе получаем множество B уже с новыми элементами y. Обратите внимание, что каждому элементу множества А соответствует один элемент множества B.

В данном случае мы записали такое отображение множества А в множество B, что любому x, принадлежащего А поставлен в соответствие один элемент y, принадлежащий B, который вычисляется по указанному правилу.

Элементы x множества A — называются прообразами, элементы y множества B — образами. Не правда ли, элементарно!

Всё прекрасно, разобрались, а давайте теперь на верхнем рисунке поменяем вход и выход местами и преобразуем вид функции f, чтобы из элементов множества B получить элементы множества А, иными словами, попробуем задать обратное преобразование.

Чтобы получить обратное преобразование, мы просто поменяли местами x и y.

Рисунок 1

Всё было бы хорошо, если бы не одно НО. На выходе у множества А первый элемент равен 1, в то время как изначально была -1.

Главное отличие вышеуказанных отображений следующее: если в первом случае образом может быть любое число, то во втором случае образом может быть только любое положительное число больше 1.

Данный факт заставляет задуматься, а какие виды отображений существуют и всегда ли есть отображения обратные данному?

Классификация отображений

Не буду лишний раз загружать Вас формулами, а поясню всё на одном рисунке.

1. Отображение называется сюръективным или сюръекцией, если каждому элементу первого множества соответствует хотя бы один элемент второго множества, т.е. каждый элемент второго множества имеет хотя бы один прообраз в первом множестве. Обратите внимание, употребляют предлог "на".

Пусть A — множество контрольных работ учеников 11а класса, тогда учитель математики, при проверке делает не что иное как отображает их на множество оценок B={2,3,4,5}. Если работ, например, 15, то несколько их них будут написаны на 2, какие-то на 3 и так далее, что говорит о том,что учитель выполняет сюръекцию.

2. Отображение называется инъективным или инъекцией, если каждому элементу первого множества соответствует только один элемент второго множества, т.е. каждый элемент первого множества является прообразом только одного элемента второго множества. Обратите внимание, употребляют предлог "в".

Пусть А — множество шприцев с вакциной от коронавируса, а B — множество людей. Очевидно, что среди людей есть переболевшие люди с приобретенным иммунитетом, которым вакцина не нужна, а шприцев с вакциной меньше, чем всех людей вместе взятых. Так вот, врачи, выполняя вакцинацию с использованием всех шприцев выполняют инъекцию (да, каламбур) множества шприцев в множество людей. В итоге не каждому досталось вакцины — это ключевое отличие инъекции, от сюръекции.

3. Отображение называется биективным или биекцией, если оно сюръективно и инъективно одновременно. В пояснении, думаю, не нуждается: каждому элементу А соответствует только один элемент B.

Отображение на рисунке 1 — один из примеров биекции. Если множество А и множество B совпадают, то говорят об отображении множества на себя или преобразовании множества.

Теперь разрешим проблему, которая появилась после попыток вернуть множество B в множество A, записав обратную функцию. Во-первых, дело в том, что обратная функция существует только для биекций. Во-вторых, всё очень сильно зависит от исходных множеств. Например:

Указанные отображения называются взаимно-обратными (обратное обозначается с -1 в верхнем индексе). На другом множестве, например, при x>0, эти отображения не будут взаимно обратными, т.к если элемент x равен 0, то получить его указанным обратным преобразованием не получится.

Путеводитель по каналу "Математика не для всех"

************************************************************************

Спасибо! Надеюсь, было очень интересно и познавательно! Буду рад, если Вы поддержите меня ПОДПИСКОЙ, ЛАЙКОМ или даже критическим комментарием.

СЛЕДУЮЩАЯ ЧАСТЬ

**************************************************************************

Список материалов для начинающего математика:

  • Как выглядели цифры 900 лет назад?
  • Зачем строителю египетский треугольник?
  • Как считать на пальцах до 60 ?
  • Самая красивая формула в мире математики.
  • 2+2 =5 с точки зрения математики.
  • Задачка про сосиски.
  • Помните теорему Виета?
  • Когда случайное не случайно: теорема Чебышева.
  • Решаю ЕГЭ по математике (часть А).
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Математика не для всех
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: