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理解单射函数

来源:九壹网

是否单射, 这个是函数的一个属性。

单射(injective)定义

单射函数(Injective Function)是指一种函数,它满足以下条件:

对于任意两个不同的输入值 x1 和 x2,如果 x1 ≠ x2,则函数的输出值 f(x1) 和 f(x2) 也必须不同,即 f(x1) ≠ f(x2)。

换句话说,单射函数是指一个函数,它将不同的输入值映射到不同的输出值。

公式定义:
∀ x 1 , x 2 ∈ X ,     x 1 ≠ x 2 ⇒ f ( x 1 ) ≠ f ( x 2 ) \forall x_1, x_2 \in X, \ \ \ x1 ≠ x2 ⇒ f(x1) ≠ f(x2) x1,x2X,   x1=x2f(x1)=f(x2)





单射函数的一些例子



1. 常见的一次函数(线数)

下面这个函数 就是1个单射函数
f ( x ) = 3 x + 1 , x ∈ R f(x) = 3x + 1 , x \in R f(x)=3x+1,xR



2. 3次函数

f ( x ) = x 3 + 1 , x ∈ R f(x) = x^3 + 1, x \in R f(x)=x3+1,xR

单射函数的主要特征

从函数图像大概可以得知, 单射函数随着x -> 增大, y的值是始终有个增加方向的, 从图像得知, 函数图像始终朝着1个方向, 要么向上, 要么向下, 不能回头。

但是这个特征不是绝对的, 只适用于连续的函数图像.
例如下面的单射函数就不符合上面的特征了

f ( x ) = 1 x , x ∈ R ∧ x ≠ 0 f(x) = \dfrac{1}{x}, x \in R \land x \neq 0 f(x)=x1,xRx=0





非单射函数的一些例子



1. 常函数

f ( x ) = 3 f(x) = 3 f(x)=3
这种无论x 取什么值, y都是固定值, 在函数图像的展示就是1条直线, 违反了单数函数的定义



2. 二次函数(抛物线)

例子:
f ( x ) = x 2 − 4 f(x) = x^2 -4 f(x)=x24
x = − 7 x = -\sqrt{7} x=7 或者 7 \sqrt{7} 7 时 f(x)的值 都等与3, 违反了单射函数的定义



2. 正弦函数

f ( x ) = sin ⁡ ( x ) f(x) = \sin(x) f(x)=sin(x)
更加明显了, 多个循环, 只要x 是 π \pi π的整数倍, f(x) 的值都是0

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