質問<3604>
「「全単射について」」
日付 2007/9/12
質問者 マサヤン


写像f:\(R^{2}\)\(\vec{R}\\()^{2}\),f(x,y)=(ax+by,cx+dy)が逆写像を持つための必要十分条件を求めよ。
ただし,a,b,c,d∈Rとする。

という問題で、過去にも同じ質問があり、質問3308番を参照させて頂いたのですが、
「f が全射ならば ad-bc≠0 であり,このことから f が単射であることまで導ける。」
について、「f が全射ならば ad-bc≠0 であり」まではわかるのですが、
そのことから、「f が単射であることまで導ける。」というのが、今ひとつ納得
できません。
なぜ、「f が単射であることまで導ける。」のか教えていただけないでしょうか。
よろしくお願いします。

★希望★完全解答★

お便り
日付 2007/9/13
回答者 underbird




お便り
日付 2007/9/14
回答者 マサヤン


質問<3604>をしましたマサヤンです。
UnderBirdさんからのお答えを読ませて頂きました。
「f が全射ならば ad-bc≠0 であり、そのことから、f が単射であることまで導ける。」
というのは、わかりましたが、そういう証明をした場合、
fが全射であることを仮定しているから、fが単射であることを
導けているわけですよね。
だから、
「f が単射ならば ad-bc≠0 であり、そのことから、f が全射であることまで導ける。」
という証明まで加えないと、
「写像f:\(R^{2}\)\(\vec{R}\\()^{2}\),f(x,y)=(ax+by,cx+dy)が逆写像を持つための必要十分条件を
求めよ。ただし,a,b,c,d∈Rとする。」
という問題は解決しないと思うのですが、その点はどうでしょうか??

お便り
日付 2007/9/18
回答者 underbird


上記の質問に対する部分の回答であり、
マサヤンさんの言われるとおり、逆向きの証明も必要です。

お便り
日付 2007/9/19
回答者 マサヤン


質問文:写像f:\(R^{2}\)\(\vec{R}\\()^{2}\),f(x,y)=(ax+by,cx+dy)が逆写像を持つための必要十分
    条件を求めよ。ただし,a,b,c,d∈Rとする。

という問題で、
「ad-bc≠0 ⇒ fは全射」、「ad-bc≠0 ⇒ fは単射」はわかりましたが、
「fが全単射 ⇒ ad-bc≠0」を示すのに、行き詰まっています。

方針としては、対偶「ad-bc=0⇒全射ではないまたは、単射ではない」が真で
あることを示して、元の命題が真であること示すという方針です。
そこで、「ad-bc=0⇒全射ではない」が示せれば、
「ad-bc=0⇒全射ではないまたは、単射ではない」が真であることになるので、
「ad-bc=0⇒全射ではない」を示そうとしたのですが、どうも行き詰まってしまいます。

また、このサイトで、下記の証明を見つけたのですが、今ひとつ納得ができません。
どなたかわかる方、アドバイスをいただけないでしょうか。

証明
 「全射⇒ad-bc≠0」の対偶、「ad-bc=0⇒全射ではない」を示します。
 ad-bc=0 の時、bc=adより
  b(cx+dy)=bcx+bdy=adx+bdy=d(ax+by)
 a≠0 or b≠0 の時
  f(x,y)=(X,Y)に対し、(X,Y)は、XY平面内の、方程式 bY=aXの示す直線上
  に存在する。
 a=b=0 の時
  f(x,y)=(X,Y)に対し X=ax+by=0 より、(X,Y)は、XY平面内の 直線 X=0 上
  に存在する。

 いずれにせよ、明らかに値域が \(R^{2}\)(XY平面全体)と異なるため、fは全射ではない。

よろしくお願いします。

お便り
日付 2007/9/27
回答者 cqzypx




お便り
日付 2007/9/28
回答者 マサヤン


cqzypxさん

「ad-bc=0 ⇒ fは単射ではない」の説明ありがとうございました。
「ad-bc=0 ⇒ fは単射ではない」については、よくわかったのですが、
どうしても、以下の証明を理解したいのです。 特にひっかかっているのは、

「b(cx+dy)=bcx+bdy=adx+bdy=d(ax+by)
 a≠0 or b≠0 の時   f(x,y)=(X,Y)に対し、
 (X,Y)は、XY平面内の、方程式 bY=aXの示す直線上に存在する。」

 の部分です。よろしくお願いします。

証明  「全射⇒ad-bc≠0」の対偶、「ad-bc=0⇒全射ではない」を示します。
 ad-bc=0 の時、bc=adより   b(cx+dy)=bcx+bdy=adx+bdy=d(ax+by)  a≠0 or b≠0 の時
 f(x,y)=(X,Y)に対し、(X,Y)は、XY平面内の、方程式 bY=aXの示す直線上 に存在する。
 a=b=0 の時   f(x,y)=(X,Y)に対し X=ax+by=0 より、(X,Y)は、XY平面内の 直線 X=0 上
 に存在する。
 いずれにせよ、明らかに値域が \(R^{2}\)(XY平面全体)と異なるため、fは全射ではない。

よろしくお願いします。