2.2.3 映射
学案
1.映射的概念
两个非空集合A与B之间存在着对应关系f,而且对于A中的每一个元素x,B中总有唯一的一个元素y与它对应,就称这种对应为从A到B的映射,记作f:A→B.A中的元素x称为原像,B中的对应元素y称为x的像,记作f:x→y.
谈重点
映射定义的理解
(1)映射中的集合A和B是非空集合,它们可以是数集、点集或由图形组成的集合以及其他元素的集合.
(2)映射是一种特殊的对应,其特殊性在于:集合A中的每一个元素,在集合B中都有唯一的元素与之对应,这种集合A中元素的任意性和集合B中对应的元素的唯一性构成了映射的核心.对应关系常用图示或文字描述的方式来表达.
(3)对应有“方向性”,即“从A到B的对应”与“从B到A的对应”一般是不同的,因此,从A到B的映射与从B到A的映射是不同的.
(4)映射允许集合A中不同的元素在集合B中有相同的像,即映射可以是“多对一”或“一对一”,但不能是“一对多”.
(5)映射允许集合B中的某些元素在集合A中没有原像,也就是由像组成的集合CB.
【例1-1】给出下列四个对应,其中构成映射的是( ).
A.(1)(2) B.(1)(4)
C.(1)(3)(4)
D.(3)(4)
解析:判断一个对应是否为映射,必须严格根据定义,观察A中每一个元素是否在B中都有唯一的元素与之对应.说明一种对应关系不是映射,只需找到一个反例即可.在(2)中,集合A中的元素3在集合B中没有元素与它对应;在(3)中,集合A中的元素2在集合B中有两个元素4和5与它对应,因此(2)和(3)不是映射,故选B.
答案:B
解技巧
判断映射的技巧
映射应满足存在性(即A中每一个元素在B中都有像)和唯一性(即像唯一).所以,判断一个对应是否为映射,关键是看是否具备:①“一对一”或“多对一”;②A中元素都有像.
【例1-2】下列对应是不是从A到B的映射?
(1)A=B=N+,f:x→|x-3|;
(2)A={x|x≥2,x∈N},B={y|y≥1,y∈Z},f:x→y=x2-2x+2;
(3)A=R,B={0,1},f:x→y=
(4)A={x|x>0},B={y|y∈R},f:x→y=;
(5)设A={矩形},B={实数},对应关系f为矩形到它的面积的对应;
(6)设A={实数},B={正实数},对应关系f为x→.
解:(1)当x=3∈A时,|x-3|=0B,即A中的元素3按对应关系f,在B中没有元素和它对应,故(1)不是映射.
(2)∵y=x2-2x+2=(x-1)2+1,对任意的x,总有y≥1.
又当x∈N时,x2-2x+2必为整数,即y∈Z.
∴当x∈A时,x2-2x+2∈B.
∴对A中每一个元素x,在B中都有唯一的y与之对应,故(2)是映射.
(3)按照对应关系f,在A中任意一个非负数,在B中都有唯一的数1与之对应;在A中任意一个负数,在B中都有唯一的数0与之对应,故(3)是映射.
(4)对任意的x∈A={x|x>0},按对应法则f:x→y=,存在两个y∈B={y|y∈R},即和与之对应,故(4)不是映射.
(5)∵对每一个矩形,它的面积是唯一确定的,∴对于集合A中的每一个矩形,B中都有唯一的实数与之对应,故(5)是映射.
(6)∵实数0的绝对值还是0,其没有倒数,∴对于A中的实数0,B中没有元素与之对应,故(6)不是映射.
2.一一映射的概念
若从A到B的映射满足下列条件:
①A中每一个元素在B中都有唯一的像与之对应;
②A中的不同元素的像也不同;
③B中的每一个元素都有原像.
就称此映射为一一映射.有时,我们把集合A,B之间的一一映射也叫作一一对应.映射与一一映射都是特殊的对应关系,它们之间的关系可表示为:
破疑点
一一映射和映射的区别与联系
映射f:A→B
一一映射f:A→B
定义
对于集合A中的每一个元素x,B中总有唯一的一个元素y与之对应,就称这样的对应为A到B的映射
A到B的映射满足:A中的每一个元素在B中都有唯一的像与之对应,A中的不同元素的像也不同,B中的每一个元素都有原像,则该映射称为一一映射
对应方式
“多对一”或“一对一”
一对一
原像
B中的一些元素可能没有原像
B中的任何元素有唯一的原像
像
A中的几个元素可能对应同一个像
A中的任何元素都对应不同的像
方向性
B到A不一定是映射
B到A是一一映射
【例2-1】已知集合A={x,y},B={0,1}.试构造从集合A到集合B的映射,则能构造出多少个映射?其中有多少个一一映射?
分析:可根据映射的定义,构造从集合A到集合B的映射,即让A中的每一个元素在B中都有唯一的元素与之对应.从集合A到集合B的映射,若对应关系不同,则所得到的映射不同.最后依据一一映射的概念从中数出一一映射的个数.
解:从集合A到集合B可构造如下映射(其中的对应关系用箭头表示):
根据一一映射的定义可知,上述映射中的(3),(4)是一一映射,所以从集合A到集合B能构造出4个映射,其中有2个一一映射.
【例2-2】若M={x|0≤x≤2},N={y|0≤y≤1},下列对应关系f:x→y是从M到N的一一映射的是( ).
A.
B.
C.
D.y=(x-1)2
解析:一一映射首先是映射,其次是A中的不同元素在B中的像不同,且B中的每一个元素在A中都有原像,只有满足这三个条件的对应关系,才是从A到B的一一映射.在选项A中,当0≤x≤2时,0≤y≤1,对于集合M中的每一个元素在N中都有唯一的像与之对应,且M中的不同元素的像也不同,N中的每个元素都有原像,符合一一映射的三个条件;在选项B中,当0≤x≤2时,0≤y≤,所以集合N中的元素y∈在M中没有原像;在选项C中,当0≤x≤2时,0≤y≤2,所以集合M中的元素x∈{x|<x≤2}在N中没有像;在选项D中,当x=0和2时,都有y=1,所以集合M中的不同元素的像可能相同,故选A.
答案:A
3.函数与映射的区别与联系
(1)函数包括三要素:定义域、值域、两者之间的对应关系;映射包括三要素:非空集合A、非空集合B以及A,B之间的对应关系.
(2)函数定义中的两个集合为非空数集;映射中两个非空集合中的元素为任意元素,如人、物、命题等都可以.
(3)在函数中,对定义域中的每一个数x,在值域中都有唯一确定的函数值和它对应,在映射中,对集合A中的任意元素a在集合B中都有唯一确定的像b和它对应.
(4)在函数中,对值域中的每一个确定的函数值,在定义域中都有确定的值和它对应;在映射中,对于集合B中的任一元素b,在集合A中不一定有原像.
(5)函数是一种特殊的映射,是从非空数集到非空数集的映射.函数概念可以叙述为:设A,B是两个非空数集,f是A到B的一个映射,那么映射f:A→B就叫作A到B的函数.在函数中,原像的集合称为定义域,像的集合称为值域.
(6)函数一定是映射,而映射不一定是函数,两者之间的关系如图所示.
【例3】下列对应是不是从A到B的映射?是不是从A到B的函数?
(1)A=R,B=R,f:x→y=;(2)A={三角形},B={圆},f:三角形的内切圆;
(3)A=R,B={1},f:x→y=1;(4)A=[-1,1],B=[-1,1],f:x→x2+y2=1.
分析:映射是一种特殊的对应,函数是一种特殊的映射,判断两个集合间的对应关系是否为函数时,只需把握两点:一、两个集合是否都是非空数集;二、对应关系是否为映射.
解:(1)当x=-1时,y的值不存在,所以不是映射,更不是函数.
(2)由于A,B不是数集,所以(2)不是函数,但每个三角形都有唯一的内切圆,所以(2)是A到B的映射.
(3)A中的每一个数都与B中的数1对应,因此,(3)是A到B的函数,也是A到B的映射.
(4)取x=0,则由x2+y2=1,得y=±1,即A中的一个元素0与B中的两个元素±1对应,因此(4)不是A到B的映射,也不是从A到B的函数.
警误区
关系式x=1是函数吗?
有的同学问:关系式y=1是y关于x的函数,那么关系式x=1是y关于x的函数吗?函数是一种特殊的映射,是非空数集间的一种映射.对于关系式x=1,显然有x∈{1},y∈R,则1与全体实数建立对应关系,不符合函数的定义,因此,“x=1”不是y关于x的函数.
4.像与原像的求解问题
(1)对于一个从集合A到集合B的映射f而言,A中的每个元素x,在f的作用下,在B中都对应着唯一的元素y,则y称为像,而x叫原像.
(2)对于给出原像求像的问题,只需将原像代入对应关系式中,即可求出像.对于给出像求原像的问题,可先设出原像,再代入对应关系式中得到像,而它与已知的像是同一个元素,从而求出原像;也可根据对应关系式,由像逆推出原像.解答此类问题,关键是:①分清原像和像;②搞清楚由原像到像的对应关系.
例如:已知M={自然数},P={正奇数},映射f:a(a∈M)→b=2a-1(b∈P).则在映射f下,M中的元素11对应着P中的元素________;P中的元素11对应着M中的元素________.
∵2×11-1=21,
∴M中的元素11对应着P中的元素21.
由2a-1=11,得a=6,
∴P中的元素11对应着M中的元素6.
【例4-1】已知集合A=B=R,x∈A,y∈B,f:x→y=ax+b,若4和10的原像分别对应6和9,则19在f作用下的像为( ).
A.18 B.30 C. D.28
解析:由题意,可知解得a=2,b=-8,
∴对应关系为y=2x-8.
故19在f作用下的像是y=2×19-8=30.
答案:B
【例4-2】已知映射f:A→B中,A=B={(x,y)|x∈R,y∈R},f:(x,y)→(3x-2y+1,4x+3y-1).
(1)求A中元素(1,2)的像;
(2)求B中元素(1,2)的原像.
分析:解答(1)可利用x=1,y=2代入对应关系求出3x-2y+1与4x+3y-1的值便可,解答(2)可利用方程的观点解方程组求出x,y的值便可.
解:(1)当x=1,y=2时,3x-2y+1=0,4x+3y-1=9,
故A中元素(1,2)的像为(0,9).
(2)令得
故B中元素(1,2)的原像是.
5.映射的个数问题
(1)一般地,若集合A中含有m个元素,集合B中含有n个元素,则从A到B的映射有nm个,从B到A的映射有mn个.
例如:求集合A={a,b,c}到集合B={-1,1}的映射的个数.按照映射的定义,A中元素可都对应B中同一个元素,即a→-1,b→-1,c→-1或a→1,b→1,c→1,共有2个不同的映射;A中元素也可对应B中两个元素,即a→-1,b→-1,c→1或a→-1,b→1,c→-1或a→1,b→-1,c→-1或a→1,b→1,c→-1或a→1,b→-1,c→1或a→-1,b→1,c→1,共有6个不同的映射,综上可知,从A到B的映射共有2+6=8=23个.以后可以根据两个集合中元素的个数直接计算映射的个数.
(2)计算满足某些特定要求的映射的个数时,关键是将映射具体化、形象化(如用列表法、图像法、数形结合等).
例如,设M={a,b,c},N={-1,0,1},若从M到N的映射f满足f(a)+f(b)=f(c),求这样的映射f的个数.
要确定映射f,则只需要确定M中的每个元素对应的像即可,即确定f(a),f(b),f(c)的值.而f(a),f(b),f(c)∈{-1,0,1},还满足f(a)+f(b)=f(c),因此要确定这样的映射f的个数,则只需要确定由-1,0,1能组成多少个等式( )+( )=( ).注意到映射不要求N中元素一定要取完,因而可通过列表把f(a),f(b),f(c)的取值情况表示出来.
f(a)
f(b)
f(c)
0
0
0
1
0
1
0
1
1
-1
0
-1
0
-1
-1
1
-1
0
-1
1
0
由上表可知,所求的映射有7个.
【例5-1】集合A={1,2,3},B={3,4},从A到B的映射f满足f(3)=3,则这样的映射共有________个.
解析:由于f(3)=3,因此只需考虑剩下的两个元素1和2的像的问题,总共有如图所示的4种可能(也可直接利用公式得到这样的映射共有22=4个).
答案:4
【例5-2】已知集合A={a,b,c},B={1,2},从A到B建立映射f,使f(a)+f(b)+f(c)=4,则满足条件的映射共有________个.
解析:要确定映射f,则只需确定A中的每个元素对应的像即可,即确定f(a),
f(b),f(c)的值,而f(a),f(b),f(c)∈{1,2},还满足f(a)+f(b)+f(c)=4,所以f(a),f(b),f(c)中有一个是2,另两个是1,其只有三种对应方法,故满足条件的映射有3个.
f(a)
f(b)
f(c)
2
1
1
1
2
1
1
1
2
答案:3
【例5-3】设集合A={1,2,3},集合B={a,b,c},那么从集合A到集合B的映射的个数为________,从集合A到集合B的一一映射的个数为________.
解析:因为集合A中有3个元素,集合B中有3个元素,所以从集合A到集合B的映射有33=27个.其中A到B的一一映射有下面6种情形.
答案:27 6