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千葉大学 融合理工学府 数学情報科学専攻 数学・情報数理学コース 2020年8月実施 専門 A0

Author

祭音Myyura (co-authored with GPT 6 Astra)

Description

A,BA,B を空でない集合、f:ABf:A\to B を写像とする。f(X)={f(x):xX}f(X)=\{f(x):x\in X\}f1(Y)={xA:f(x)Y}f^{-1}(Y)=\{x\in A:f(x)\in Y\} とする。次の四条件が同値であることを示せ。

  1. ff は全射である。
  2. 任意の YBY\subseteq B に対して f(f1(Y))=Yf(f^{-1}(Y))=Y
  3. Y1,Y2BY_1,Y_2\subseteq B に対し、f1(Y1)=f1(Y2)f^{-1}(Y_1)=f^{-1}(Y_2) ならば Y1=Y2Y_1=Y_2
  4. 任意の空でない集合 CC と写像 g:CBg:C\to B に対し、g=fhg=f\circ h を満たす h:CAh:C\to A が存在する。

题目描述

A,BA,B 非空,f:ABf:A\to B。证明以下四个条件等价:(1) ff 满射;(2) 对任意 YBY\subseteq Bf(f1(Y))=Yf(f^{-1}(Y))=Y;(3) f1(Y1)=f1(Y2)f^{-1}(Y_1)=f^{-1}(Y_2) 蕴含 Y1=Y2Y_1=Y_2;(4) 对任意非空集合 CC 和映射 g:CBg:C\to B,存在 h:CAh:C\to A 使 g=fhg=f\circ h

Kai

(1)(2)(1)\Rightarrow(2):一般に f(f1(Y))Yf(f^{-1}(Y))\subseteq Y。逆に yYy\in Y なら全射性により f(x)=yf(x)=y となる xAx\in A があり、xf1(Y)x\in f^{-1}(Y) だから等号が成り立つ。

(2)(3)(2)\Rightarrow(3):両辺の像をとれば Y1=f(f1(Y1))=f(f1(Y2))=Y2Y_1=f(f^{-1}(Y_1))=f(f^{-1}(Y_2))=Y_2

(3)(1)(3)\Rightarrow(1)f1(Bf(A))==f1()f^{-1}(B\setminus f(A))=\varnothing=f^{-1}(\varnothing) より Bf(A)=B\setminus f(A)=\varnothing

(1)(4)(1)\Rightarrow(4):選択公理により、各 bBb\in B に対して abf1({b})a_b\in f^{-1}(\{b\}) を一つ選ぶ。h(c)=ag(c)h(c)=a_{g(c)} とおけば f(h(c))=g(c)f(h(c))=g(c)

(4)(1)(4)\Rightarrow(1)C=BC=Bg=idBg=\operatorname{id}_B とすれば fh=idBf\circ h=\operatorname{id}_B となり、ff は全射である。