\setcounter{chapter}{-1} \chapter{预备知识} \section{逻辑与集合} 略。见《离散数学》。 \section{间接证明法} \subsection{反证法} 欲证$A$成立,则假设$A$不成立,推导出矛盾即可。 \subsection{数学归纳法} 给定一个与自然数$n$有关的命题$P(n)$,如果: \begin{enumerate} \item 可以证明当$n$取初始值$n_0$时命题$P(n_0)$成立; \item 假设当$n = k (k \geq n_0)$时命题$P(k)$成立,可以证明当$n = k + 1$ 时命题$P(k + 1)$也成立; \end{enumerate} 则对一切自然数$n \geq n_0$,命题$P(n)$都成立。 \section{映射} \begin{definition}[映射] 设有集合$X$和$Y$,如果$X$中任意元素$x$,都以某种法则$f$对应于$Y$中唯一一个元素,则称这个对应法则$f$是集合$X$到集合$Y$的一个\textbf{映射},$X$中元素$x$所对应的$Y$中的元素常记作$f(x)$。 映射用如下记号表示: \begin{align*} f:\ X &\to Y \eqco\\ x & \mapsto f(x) \eqper \end{align*} 这里,集合$X$称为映射$f$的\textbf{定义域},集合$Y$称为映射$f$的\textbf{陪域}。设$x \in X, y =f(x) \in Y$,我们称$y$为$x$在映射$f$下的\textbf{原像}。注意,$Y$中的元素不一定都有原像;有原像时,原像也可能不唯一。定义域$X$中所有元素在$f$下的像构成$Y$的一个子集$\{ f(x) \mid x \in X \}$,称为映射$f$的\textbf{像集}或\textbf{值域},记作$f(X)$。 如果对$X$中的任意两个不同元素$x_1$,$x_2$,都有$f(x_1) \neq f(x_2)$,则称$f$是一个\textbf{单射};即,任何元素的原像至多只有一个。 如果对$Y$中的任意元素$y$,都存在$X$中的某个$x$,使得$y = f(x)$,则称$f$是一个\textbf{满射};即,$f$的像集$f(X) = Y$。 映射$f$即是单射又是满射,则称$f$是一个\textbf{双射}。双射$f$给出了集合$X$和$Y$之间的一个一一对应。 当映射$f$的定义域和陪域都是$X$时,称$f$是集合$X$上的一个\textbf{变换}。 \end{definition} \begin{definition}[映射的复合] 设$X$,$Y$,$Z$是三个集合,$f: X \to Y$,$g: Y \to Z$是两个映射,则可以定义一个映射 \begin{align*} h: X &\to Z \eqco\\ x &\mapsto h(x) = g(f(x)) \eqco \end{align*} 称其为$g$与$f$的\textbf{复合},记作$h = g \circ f$。 \end{definition} 映射的复合满足结合律,即$f \circ (g \circ h) = (f \circ g) \circ h$。 容易看到,一个变换永远可以跟自身复合,记$f^2 = f \circ f$,$f^n = f^{n-1} \circ f$,$n \geq 1$。任意集合$X$上都有一个特殊的变换,它把$X$中的任意元素$x$映到$x$本身,成为$X$上的\textbf{恒同变换},记作$\id_X$,即$\id_X(x) = x$,对任意$x \in X$都成立。恒同变换与映射的复合不改变映射:对任意映射$f:X \to Y$,都有$f \circ \id_X = f = \id_Y \circ f$。 \begin{definition}[可逆、逆映射] 设$f: X \to Y$是一个映射,若存在另一个映射$g: Y \to X$,满足$f \circ g = \id_Y$,$g \circ f = \id_X$,则称映射$f$\textbf{可逆},称$g$是$f$的一个\textbf{逆(映射)}。 \end{definition} \begin{theorem} 对映射$f: X \to Y$,若$X \neq \varnothing$,则有 \begin{enumerate} \item $f$是单射当且仅当存在另一个映射$g: Y \to X$,使得$g \circ f = \id_X$; \item $f$是满射当且仅当存在另一个映射$g: Y \to X$,使得$f \circ g = \id_Y$; \item $f$是双射当且仅当$f$可逆,即存在另一个映射$g: Y \to X$,使得$g \circ f = \id_X$,$f \circ g = \id_Y$。 \end{enumerate} \end{theorem}