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什么是单射(Injective)和满射(Surjective) 从定义到实例的全面解析

月夜之吻

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发布时间:2025-12-17 08:45:14

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单射要求不同输入对应不同输出,如f(x)=2x+3是单射,而g(n)=n²不是;满射要求值域等于陪域,如h(x)=x²从ℝ到[0,∞)是满射,k(x)=e^x从ℝ到ℝ则不是。

什么是单射(injective)和满射(surjective) 从定义到实例的全面解析

如果一个函数的输入与输出之间满足特定的对应关系,则该函数可能具备单射或满射的性质。理解这些概念有助于分析函数的映射行为。以下是关于单射和满射的详细解析:

一、单射(Injective)的定义与判断

单射函数要求每个不同的输入对应不同的输出,即不存在两个不同元素映射到同一个值的情况。这种特性保证了函数在映射过程中不会“压缩”信息。

1、设函数 f: A → B,若对于任意 a₁, a₂ ∈ A,当 a₁ ≠ a₂ 时,都有 f(a₁) ≠ f(a₂),则称 f 是单射。

2、等价地,若 f(a₁) = f(a₂) 能推出 a₁ = a₂,则 f 是单射。

3、可通过水平线测试判断实数函数是否为单射:若任一水平线与函数图像至多相交一次,则该函数是单射。

二、满射(Surjective)的定义与判断

满射函数要求函数的值域等于其陪域,即陪域中的每一个元素都至少有一个定义域中的元素与之对应。这确保了函数“覆盖”了整个目标集合。

1、设函数 f: A → B,若对于任意 b ∈ B,都存在至少一个 a ∈ A,使得 f(a) = b,则称 f 是满射。

2、判断满射的关键是验证陪域中没有“遗漏”的元素。

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3、例如,若 f: ℝ → ℝ 定义为 f(x) = x²,则它不是满射,因为负数无法被映射到;但若将陪域改为 [0, ∞),则变为满射。

三、单射实例分析

通过具体例子可以更直观地理解单射的特征。

1、函数 f: ℝ → ℝ,定义为 f(x) = 2x + 3。假设 f(a) = f(b),即 2a + 3 = 2b + 3,解得 a = b,因此 该函数是单射

2、函数 g: ℤ → ℤ,定义为 g(n) = n²。由于 g(2) = g(-2) = 4 且 2 ≠ -2,因此该函数不是单射。

四、满射实例分析

满射的实例可以帮助识别函数是否完全覆盖目标集合。

1、函数 h: ℝ → [0, ∞),定义为 h(x) = x²。对任意 y ≥ 0,取 x = √y 或 x = -√y,均有 h(x) = y,因此 该函数是满射

2、函数 k: ℝ → ℝ,定义为 k(x) = e^x。由于 e^x > 0 对所有实数 x 成立,因此像集为 (0, ∞),不包含 0 和负数,故不是满射。

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