質問<2791>
「「写像」」
日付 2005/12/28
質問者 yasu


(2)① Aを有限集合とするとき、次の条件1°)
     2°)を満たす写像f:A→Aは、全単射
     であることを示せ。
   1°)fは単射。
   2°)fは全射。

   ② 写像f:R^2→R^2,f(x,y)=
     (ax+by,cx+dy)が全単射となるための必要
     条件を求めよ。ただしa,b,c,d∈Rとする。

   ③ 次の写像fに対し、A={(x,y)|\(x^{2}\)+\(y^{2}\)<1}
の像f(A)を図示せよ。

     a f:\(R^{2}\)\(\vec{R}\\()^{2}\),f(x,y)=(2x,3y)

b f:\(R^{2}\)\(\vec{R}\\()^{2}\),f(x,y)=(x+y,xy)

分かりにくいかもしれませんが、宜しくお願いします。

★希望★完全解答★

お便り
日付 2006/1/12
回答者 cononymous award


(1) 単射で全射なら全単射です。定義です。
(2) 必要十分条件ですか?
( a b )
( c d ) が正則であること。
(3) a. x**2 / 2 + y**2 / 3 < 1.
b. y = (x**2 - 1) / 2 と y = x**2 / 4 とで囲まれた領域。
但し、境界は y = x**2 / 4 (-sqrt(2) < x < sqrt(2)) のみ含み、
その他は含まず。

お便り
日付 2006/9/9
回答者 kino


Cononymous Award さんの回答に書かれた式が一部間違っていますので,
その訂正および詳解をつけたものを投稿させていただきます。

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\(R^{2}\) は,ふたつの実数 x, y の組の集合です。
いわゆる xy 平面のことだと思って差し支えありません。

1,2 ではいずれも f が 平面上の点を平面上の他の点に写す写像として与えられて
います。
ですから,原点を中心とする単位円の内部 A の点を f で飛ばした先の点の集合
f(A) がどういうものなのかを求めることが問題です。

1. f(x,y)=(X,Y) とおき,(x,y)∈A のとき X と Y の関係がどうなっているかを
調べます。
そうすると,X=2x,Y=3y ですから,x=X/2,y=Y/3 となり,\(x^{2}\)+\(y^{2}\)<1 なので,
(X,Y) は (X/2\()^{2}\)+(Y/3\()^{2}\)<1 をみたします。
これは楕円 (\(\frac{x}{2}\)\()^{2}\)+(\(\frac{y}{3}\)\()^{2}\)=1 の内部を表す不等式です。
楕円を表す方程式についてご存じないかもしれませんが,
それはご自分でお調べ下さい。

2. X=x+y, Y=xy とおくと,\(x^{2}\)+\(y^{2}\)=(x+y\()^{2}\)-2xy より,\(X^{2}\)-2Y<1 となります。
一方,x,y は実数ですから (x-y\()^{2}\)≧0 です。
したがって,(x-y\()^{2}\)=(x+y\()^{2}\)-4xy より,\(X^{2}\)-4Y≧0 でなければなりません。
以上より,ふたつの放物線 y=(\(x^{2}\)-1)/2 と y=\(x^{2}\)/4 で囲まれた部分が
f による A の像 f(A) であることがわかりました。
正確には,y>(\(x^{2}\)-1)/2 より y=(\(x^{2}\)-1)/2 のグラフの上側であり,
かつ y≦\(x^{2}\)/4 より y=\(x^{2}\)/4 上の点またはそれよりも下にあるような点です。
そしてこれらの交点 (\(\pm\)\(\sqrt{\quad}\)2,\(\frac{1}{2}\)) はどちらも含みません。