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定义Definition

满射

施工中 · 内容逐步修订

Surjective function · Onto function

陪域中每个元素都有至少一个原像的函数。

形式陈述 ​

设 f:A→B 是函数,A 是定义域,B 是陪域。若陪域的每个元素都能由某个输入得到,就称 f 为满射:

∀b∈B∃a∈A(f(a)=b).

把全部实际输出组成的集合记为 f[A]={f(a):a∈A},则满射等价于 f[A]=B。对固定 b,集合 f−1[{b}]={a∈A:f(a)=b} 称其原像纤维;满射恰好要求每条纤维非空,并不要求只含一个元素。

直觉

满射回答“声明为目标的结果是否全都能达到”。定义中的量词有先后:先给任意目标 b,再找输入 a,而且 a 可以随 b 改变。证明时要同时核对 a∈A 和 f(a)=b;只写出一个形式上的反解,若它不在定义域中,仍没有证明目标可达。

反驳满射则只需找到一个漏掉的 b∈B。从若干输入算出很多输出,都无法排除还有某个目标没有被命中。

因此满射性依赖陪域。按本库的带陪域函数约定,相同公式配上不同陪域给出不同函数。把陪域改为实际像集后,新函数必为满射;这是一种重新指定目标的操作,并没有使原来不可达的目标突然变得可达。

例子与边界

平方函数 f:R→[0,∞) 是满射:给定任意 b≥0,取 a=b,便有 f(a)=b。除了 b=0,还可取 a=−b,说明满射允许多重原像。同一平方公式若声明陪域为 R,则 −1 没有原像,函数不满射。

下取整映射 ⌊⋅⌋:R→Z 也满射。下取整的定义是取不大于输入的最大整数,所以 ⌊x⌋=n 恰好表示 n≤x<n+1。每个整数 n 的整条纤维因此为 [n,n+1)。例如 −1≤−0.4<0,故 ⌊−0.4⌋=−1,不能把它误作向零截断。给任意整数目标 n 选输入 a=n,就已经证明满射;列出整条区间则进一步说明它远非单射。

对于投影 π1:A×B→A,若 B≠∅,固定 b0∈B,则每个 a∈A 都有原像 (a,b0)。若 A≠∅ 而 B=∅,定义域为空,投影不满射;若 A=∅,空函数 ∅→∅ 反而满射,因为没有待覆盖的目标。一般地,∅→B 满射当且仅当 B=∅。

右逆与选择的差别 ​

若有 s:B→A 满足 f∘s=idB,则 f(s(b))=b 直接给出每个 b 的原像,所以 f 满射。这样的 s 称右逆,作用是在每条纤维中指定一个代表。

满射只逐点断言代表存在;断言任意满射都能同时选出这些代表而组成函数,是与选择公理等价的全称命题。具体例子若已有规则,如平方函数选非负平方根,则不必另外调用选择公理。

推论与应用

满射与单射同时成立时得到双射,才有真正的双侧逆函数。包含映射 Z↪R 展示另一种情况:它单射,却遗漏全部非整数,因而不是满射。

设 f:A→B、g:B→C 都满射。给定任意 c∈C,先由 g 满射得到 b∈B 使 g(b)=c,再由 f 满射得到 a∈A 使 f(a)=b,于是 g(f(a))=c。这证明两个满射的复合仍满射。

若只知道 g∘f 满射,可以推出 g 满射,却不能推出 f 满射。例如 f:{0}→{0,1} 把 0 送到 0,g:{0,1}→{0} 把两者都送到 0。复合覆盖最终目标,但前一步仍漏掉中间元素 1;后一步把这个遗漏遮住了。

商集的自然投影是满射,因为每个等价类按定义至少包含一个元素。代数中满同态把目标识别为适当的商结构;拓扑中的商映射则在满射之外还要求特定的拓扑条件。随机变量的推前分布可以对任意可测函数定义,不能把满射误作它的前提。

参考资料
  • Jiří Lebl,Basic Analysis I: Introduction to Real Analysis,作者在线版,2026 年访问,§0.3.3,Definitions 0.3.17–0.3.18:单射、满射、双射、逆函数与复合。
  • Richard Hammack, Book of Proof, 第三版,2018,§12.2 “Injective and Surjective Functions”,印刷页228起。作者公开PDF。
  • Open Logic Project, The Open Logic Text, 2026-07-12版,§3.2 “Kinds of Functions”,单射、满射与双射定义。项目公开PDF。
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