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@@ -8,10 +8,10 @@ Eine der wichtigsten Relationen überhaupt stellen die *Abbildungen* da.
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Sie tauchen überall in der Mathematik auf und in der Realität lassen sich viele Probleme durch diese
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speziellen Relationen darstellen.
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## Funktionen
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## Funktionen {/* #funktionen */}
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Bevor wir uns den Abbildungen widmen, definieren wir die Eindeutigkeit:
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:::note Eindeutigkeit
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:::note[Eindeutigkeit]
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Eine Relation $R \subseteq A \times B$ ist *eindeutig*, wenn
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$$
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@@ -30,7 +30,7 @@ Bei der Eindeutigkeit ist es egal, wie viele Pfeile rechts auf ein Element zugeh
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:::note Abbildung / Funktion
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:::note[Abbildung / Funktion]
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$f$ ist *Abbildung* oder *Funktion* von $A$ in $B$ $:\Leftrightarrow$
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- $f$ ist Relation, also $f \subseteq A \times B$
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@@ -50,7 +50,7 @@ Eine Funktion ordnet also jedem Element aus $A$ genau ein $y$ aus $B$ zu.
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In der Analysis und auch in anderen mathematischen Gebieten findet man häufig eine alternative textliche Einführung:
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:::note Alternative Definition
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:::note[Alternative Definition]
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Eine Abbildung oder eine Funktion einer Menge $A$ in eine Menge $B$ ordnet jedem Element $x \in A$ genau ein Element $y \in B$ zu.
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@@ -59,7 +59,7 @@ Bei dieser Definition wird komplett auf die mengentheoretische Begriffe wie *geo
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Erst aufbauend darauf wird dann mengentheoretisch der *Graph der Funktion* definiert als $G_f \coloneqq \{(x,f(x))\ |\ x \in A \wedge f(x) \in B\} \subseteq A \times B$.
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Aus mengentheoretischer Sicht stimmen in diesen Fällen die Begriffe "Funktion" und "Graph der Funktion" überein.
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#### Beispiele
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#### Beispiele {/* #beispiele */}
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Gegeben seien $A = \{1, 2, 3, 4, 5\}$ und $B = \{a, b, c, d\}$.
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Eine Abbildung $f \colon A \rightarrow B$ können dann sein:
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- $f = \{(1,b)\}$
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@@ -70,7 +70,7 @@ Eine Abbildung $f \colon A \rightarrow B$ können dann sein:
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Wenn man eine rechnerische Vorschrift (*Abbildungsvorschrift*) angeben möchte, wie ein $y$ zu einem $x$ berechnet werden soll,
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dann schreibt man Abbildungen so:
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:::note Schreibweisen
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:::note[Schreibweisen]
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$$
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f \colon A \rightarrow B,\ x \mapsto f(x)
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@@ -84,7 +84,7 @@ wobei anstelle $f(x)$ dann z.B. eine *Funktionsgleichung* tritt.
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:::
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#### Beispiele
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#### Beispiele {/* #beispiele-1 */}
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- $f \colon \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R},\ x \mapsto x^2 \quad$ für eine Parabel
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- $f \colon \begin{cases}
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\mathbb{N} \rightarrow \mathbb{R}\\
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@@ -94,7 +94,7 @@ wobei anstelle $f(x)$ dann z.B. eine *Funktionsgleichung* tritt.
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Es werden noch mehr unterschiedliche Darstellungsformen für Funktionen auftauchen, je nachdem wie es gerade angebracht ist.
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Bis dahin sollten einem die Begriffe allerdings so vertraut vorkommen, dass eine genaue Definition oder Einführung nicht notwendig ist.
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## Grundlegende Eigenschaften von Funktionen
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## Grundlegende Eigenschaften von Funktionen {/* #grundlegende-eigenschaften-von-funktionen */}
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Die *Verkettung*, oder auch *Komposition*, $f \circ g \colon A \rightarrow C$ von Funktionen $f \colon A \rightarrow B$ und $g \colon B \rightarrow C$ ist wieder eine Funktion.
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Für die Komposition gilt $f \circ g = g(f(x))$.
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In anderer Literatur kann es sein, dass die Komposition anders definiert ist und dann $f \circ g = f(g(x))$ gilt.
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@@ -103,7 +103,7 @@ Jedoch ist das *Inverse* $f^{-1}$ einer Funktion $f$ im Allgemeinen keine Funkti
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Zwei Funktionen $f$ und $g$ sind gleich $f=g$, wenn für alle $x$ gilt $f(x) = g(x)$.
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:::note Injektivität, Surjektivität, Bijektivität
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:::note[Injektivität, Surjektivität, Bijektivität]
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Sei $f: A \rightarrow B$ eine Funktion.
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- $f$ heißt *injektiv* (*eineindeutig*) $\coloneqq\ \forall x,x' \in A \colon f(x) = f(x') \rightarrow x = x'$
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@@ -132,7 +132,7 @@ Es darf also kein Element aus $B$ frei bleiben und es darf nur genau ein Pfeil p
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Dass dabei $A$ und $B$ gleich viele Elemente haben müssen ist kein Zufall.
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Welche Rolle bijektive Abbildungen bei der *Kardinalität* ("Größe") von Mengen haben, wird im Kapitel [Endlichkeit und Kardinalzahlen](../endlichkeit) erklärt.
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#### Beispiele
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#### Beispiele {/* #beispiele-2 */}
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Gegeben sei $f \colon \mathbb{N} \rightarrow \mathbb{N},\ n \mapsto f(n)$.
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Betrachten verschiedene Funktionsgleichungen für $f(n)$:
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- $f(n) \coloneqq n+1 \quad$ (*Nachfolgerfunktion*) ist injektiv, aber nicht surjektiv, da $0 \notin W(f)$
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@@ -155,7 +155,7 @@ Eingangs wurde erwähnt:
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Im Falle einer bijektiven Abbildung $f$ ist $f^{-1}$ allerdings eine Abbildung und man nennt diese dann *Umkehrabbildung* oder *Umkehrfunktion*.
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#### Beispiele
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#### Beispiele {/* #beispiele-3 */}
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Bei einer bijektiven Abbildung, die durch eine Funktionsgleichung $y = f(x)$ gegeben ist, kann man die Umkehrabbildung einfach dadurch berechnen,
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dass man die Funktionsgleichung nach $x$ umstellt.
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Man hat dann einen Ausdruck der Form $x = g(y) = f^{-1}(y)$.
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@@ -176,7 +176,7 @@ $$
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\end{alignat*}
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$$
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## Erweiterung von Abbildungen
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## Erweiterung von Abbildungen {/* #erweiterung-von-abbildungen */}
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Gegeben seien $S$ als die Menge aller Schulkinder und $K$ als die Menge aller Klassen einer Schule.
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Als Abbildung definieren $k: S \rightarrow K$, die jedem Schulkind die eigene Klasse zuordnet.
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Der Direktor hat nun eine Liste von Schulkindern, mit denen er zusammen sprechen möchte.
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@@ -192,7 +192,7 @@ Der Direktor hat eine Liste von Klassen und möchte nun wissen, welche Schulkind
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Formal lässt sich das so auffassen:
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:::note Erweiterung
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:::note[Erweiterung]
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Gegeben seien eine Abbildung $f \colon A \rightarrow B$ und die Teilmengen $X \subseteq A$ und $Y \subseteq B$.
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@@ -212,7 +212,7 @@ Häufig schreibt man statt $\widehat{f}$ auch wieder nur $f$ bzw. für $\widehat
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Eine Verwechslung ist ausgeschlossen, da die Abbildung $f$ ein Element entgegennimmt,
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während die Erweiterung von $f$ eine Menge entgegennimmt.
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#### Beispiele
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#### Beispiele {/* #beispiele-4 */}
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Gegeben sei $f \colon \{1, 2, 3\} \rightarrow \{a, b, c, d\}$ mit $f(1) = a,\ f(2) = c,\ f(3) = a$.
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Dann sind bspw.:
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- $\widehat{f}(\emptyset) = f(\emptyset) = \emptyset$
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@@ -227,12 +227,12 @@ und
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- $\widehat{f^{-1}}(\{b, d\}) = f^{-1}(\{b, d\}) = \emptyset$
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- $f^{-1}(\{a, b, c, d\}) = f^{-1}(D(f^{-1})) = \{ 1, 2, 3 \} = W(f^{-1})$
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## Operationen
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## Operationen {/* #operationen */}
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Im Kapitel [Kartesisches Produkt](kartesisches_produkt_relationen#kartesisches-produkt) wurde bereits die *kartesische Potenz* eingeführt.
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Mit den kartesischen Potenzen führen wir nun eine weitere wichtige Klasse von Abbildungen ein, die *Operationen* oder *Verknüpfungen*.
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Diese spielen in der Algebra eine wichtige Rolle.
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:::note Operation oder Verknüpfung
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:::note[Operation oder Verknüpfung]
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$f$ heißt *innere $n$-stellige algebraische Operation* $\coloneqq\ f \colon A^n \rightarrow A$.
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@@ -247,7 +247,7 @@ $2$-stellige Relationen heißen auch *binäre Relationen*.
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Entsprechend heißen $2$-stellige Operationen auch binäre Operation.
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Bereits im Kapitel [Verband](../mengen#verband) wurden zweistellige Operationen das erste Mal genannt.
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#### Beispiele
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#### Beispiele {/* #beispiele-5 */}
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Aus dem Kapitel [Verband](../mengen#verband) wissen wir, dass $\cap$ und $\cup$ zweistellige Operationen für eine Menge $A$ sind:
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- $\cap \colon \mathcal{P}^2(A) \rightarrow \mathcal{P}(A)$
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- $\cup \colon \mathcal{P}^2(A) \rightarrow \mathcal{P}(A)$
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