「写像の合成」の版間の差分
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[[Image:Compfun.svg|250px|right|thumb| ''f'' と ''g'' との合成写像 ''g'' ∘ ''f'' を模式的に表したもの。例えば (''g'' ∘ ''f'')(c) = # となっているのが確認できる。]]
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[[Image:Compfun.svg|250px|right|thumb| {{math|''f''}} と {{math|''g''}} との合成写像 {{math|''g'' ∘ ''f''}} を模式的に表したもの。例えば {{math|(''g'' ∘ ''f'')(c) {{=}} #}} となっているのが確認できる。]]
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[[数学]]において写像あるいは函数の'''合成'''(ごうせい、{{lang-en-short|composition}})とは、ある写像を施した結果に再び別の写像を施すことである。 |
[[数学]]において[[写像]]あるいは[[函数]]の'''合成'''(ごうせい、{{lang-en-short|composition}})とは、ある写像を施した結果に再び別の写像を施すことである。 |
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たとえば、時刻 ''t'' における飛行機の高度を ''h''(''t'') とし、高度 ''x'' における酸素濃度を ''c''(''x'') で表せば、この二つの函数の合成函数 (''c'' ∘ ''h'')(''t'') = ''c''(''h''(''t'')) が時刻 ''t'' における飛行機周辺の酸素濃度を記述するものとなる。 |
たとえば、時刻 {{math|''t''}} における飛行機の高度を {{math|''h''(''t'')}} とし、高度 {{math|''x''}} における酸素濃度を {{math|''c''(''x'')}} で表せば、この二つの函数の合成函数 {{math|(''c'' ∘ ''h'')(''t'') {{=}} ''c''(''h''(''t''))}} が時刻 {{math|''t''}} における飛行機周辺の酸素濃度を記述するものとなる。
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== 導入 == |
== 導入 == |
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二つの写像 ''f'' と ''g'' が互いに[[交換法則|可換]]であるとは、 |
二つの写像 ''f'' と ''g'' が互いに[[交換法則|可換]]であるとは、 |
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: <math>g\circ f = f\circ g \quad(\iff (g\circ f)(x) = (f\circ g)(x)\text{ for } |
: <math>g\circ f = f\circ g \quad(\iff (g\circ f)(x) = (f\circ g)(x)\text{ for any } x)</math> |
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を満たすことをいう。一般には写像の合成は可換ではなく︵少なくとも ''f'': ''X'' → ''Y'' かつ ''g'': ''Y'' → ''X'' といったような形の写像になっておらず ''f'' ; ''g'' か ''g'' ; ''f'' の何れかが定義できないとか、''X'' = ''Y'' といったような条件がないとこれらふたつの合成写像の値を等しいかどうか考えることすらできないといったような可能性があるのは明らかである︶、合成の可換性は特定の写像の間でのみ、特殊な事情の下でしか成立しない特別な性質である。たとえば、''f''(''x'') = |''x''| を実数の[[絶対値]]をとる函数、''g''(''x'') = ''x'' + 3 とすれば、実数からなる半開区間 ''X'' = [0, ∞) := {''x'' ∈ '''R''' : ''x'' ≥ 0} 上の函数として、
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を満たすことをいう。一般には写像の合成は可換ではなく︵少なくとも ''f'': ''X'' → ''Y'' かつ ''g'': ''Y'' → ''X'' といったような形の写像になっておらず ''f'' ; ''g'' か ''g'' ; ''f'' の何れかが定義できないとか、''X'' = ''Y'' といったような条件がないとこれらふたつの合成写像の値を等しいかどうか考えることすらできないといったような可能性があるのは明らかである︶、合成の可換性は特定の写像の間でのみ、特殊な事情の下でしか成立しない特別な性質である。たとえば、''f''(''x'') = |''x''| を実数の[[絶対値]]をとる函数、''g''(''x'') = ''x'' + 3 とすれば、実数からなる半開区間 ''X'' = [0, ∞) := {''x'' ∈ '''R''' : ''x'' ≥ 0} 上の函数として、
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: <math>(g\circ f)(x) = |x| + 3 = |x + 3| = (f\circ g)(x) \text{ for } |
: <math>(g\circ f)(x) = |x| + 3 = |x + 3| = (f\circ g)(x) \text{ for any } x\ge 0</math> |
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が成り立つが、これは負の実数も含めた実数全体では成り立たない。集合 ''X'' 上の変換写像 φ: ''X'' → ''X'' が[[逆写像]] φ<sup>−1</sup>: ''X'' → ''X'' を持つならば、これらは常に可換であり |
が成り立つが、これは負の実数も含めた実数全体では成り立たない。集合 ''X'' 上の変換写像 φ: ''X'' → ''X'' が[[逆写像]] φ<sup>−1</sup>: ''X'' → ''X'' を持つならば、これらは常に可換であり |
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: <math>\varphi\circ\varphi^{-1} = \varphi^{-1}\circ\varphi = \mathrm{id}_X</math> |
: <math>\varphi\circ\varphi^{-1} = \varphi^{-1}\circ\varphi = \mathrm{id}_X</math> |
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が成り立つ。ここに、id<sub>''X''</sub> は集合 ''X'' 上の[[恒等写像]]である。 |
が成り立つ。ここに、id<sub>''X''</sub> は集合 ''X'' 上の[[恒等写像]]である。 |
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写像を[[二項関係|関係]]の特別な場合︵つまり[[一意対応]]あるいは[[函数関係]]︶と考える場合にも、[[関係の合成]] |
写像を[[二項関係|関係]]の特別な場合︵つまり[[一意対応]]あるいは[[函数関係]]︶と考える場合にも、[[関係の合成]] <math>g\circf\subsetX\times Z</math> が、<math>f\subsetX\times Y </math>と<math>g\subsetY\times Z </math> を用いた式として、同様に定義される。
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可微分写像同士の合成写像の[[微分]]は[[連鎖律]]を用いることによって求められる。またその[[高階微分]]は{{仮リンク|ファア・ディ・ブルーノの公式|en|Faà di Bruno's formula}}で与えられる。
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可微分写像同士の合成写像の[[微分]]は[[連鎖律]]を用いることによって求められる。またその[[高階微分]]は{{仮リンク|ファア・ディ・ブルーノの公式|en|Faà di Bruno's formula}}で与えられる。
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という合成写像の列が得られる。このようにある写像を自身と繰り返し合成することで得られる合成写像を |
という合成写像の列が得られる。このようにある写像を自身と繰り返し合成することで得られる合成写像を'''[[反復合成写像]]'''などと呼ぶ。 |
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自然数 ''n'' に対し帰納的に定まる写像の'''反復合成[[冪乗|冪]]''' {{lang|en|(''functional powers'')}} ''f'' ∘ ''f''<sup>''n''</sup> = ''f''<sup>''n''</sup> ∘ ''f'' = ''f''<sup>''n''+1</sup> は以下のように拡張すると便利である。 |
自然数 ''n'' に対し帰納的に定まる写像の'''反復合成[[冪乗|冪]]''' {{lang|en|(''functional powers'')}} ''f'' ∘ ''f''<sup>''n''</sup> = ''f''<sup>''n''</sup> ∘ ''f'' = ''f''<sup>''n''+1</sup> は以下のように拡張すると便利である。 |
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:<math>g^{*}(f) := f \circ g,\quad g_{*}(f) := g\circ f</math> |
:<math>g^{*}(f) := f \circ g,\quad g_{*}(f) := g\circ f</math> |
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によって定義される、写像を別の写像に写す[[作用素]]のことである。合成作用素は[[作用素論]]の分野で研究される。 |
によって定義される、写像を別の写像に写す[[作用素]]のことである。<math>g^*(f)</math> は写像 ''f'' の ''g'' による{{仮リンク|引き戻し|label=引き戻し (pullback)|en|Pullback|preserve=1}}、<math>g_*(f)</math> は写像 ''f'' の ''g'' による{{仮リンク|押し出し|label=押し出し (pushforward, pushout)|en|Pushforward|preserve=1}}と呼ばれる。合成作用素は[[作用素論]]の分野で研究される。
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合成作用素によって、写像の引き戻しや誘導などが函手的に定義できる。 |
合成作用素によって、写像の引き戻しや誘導などが函手的に定義できる。 |
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[[Category:二項演算]] |
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[[Category:数学に関する記事]] |
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[[am:ቅብብል]] |
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[[ar:تركيب الدوال]] |
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[[bs:Kompozicija funkcija]] |
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[[ca:Composició funcional]] |
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[[cs:Skládání zobrazení]] |
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[[da:Sammensat funktion]] |
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[[de:Komposition (Mathematik)]] |
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[[en:Function composition]] |
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[[eo:Funkcia komponaĵo]] |
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[[es:Función compuesta]] |
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[[et:Liitfunktsioon]] |
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[[fa:ترکیب تابع]] |
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[[fi:Yhdistetty funktio]] |
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[[fr:Composition de fonctions]] |
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[[he:הרכבת פונקציות]] |
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[[hr:Kompozicija funkcija]] |
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[[is:Samsetning falla]] |
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[[it:Composizione di funzioni]] |
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[[ko:합성함수]] |
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[[la:Compositio (mathematica)]] |
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[[nl:Functiecompositie]] |
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[[pl:Złożenie funkcji]] |
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[[pt:Composição de funções]] |
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[[ru:Композиция функций]] |
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[[simple:Function composition]] |
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[[sl:Kompozitum funkcij]] |
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[[sv:Sammansatt funktion]] |
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[[ta:சார்புகளின் தொகுப்பு]] |
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[[tr:Bileşke fonksiyon]] |
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[[uk:Композиція функцій]] |
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[[zh:复合函数]] |
2023年8月21日 (月) 11:54時点における最新版
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c9/Compfun.svg/250px-Compfun.svg.png)
導入[編集]
例えば、二つの写像 f: X→ Yおよび g: Y→ Zについて、g の引数を xの代わりに f(x) とすることにより、f と gを﹁合成﹂(compose) することができる。直観的には、z が写像 gで対応する yの函数で、y が写像 fで対応付けられる xの函数ならば、z は xの函数であるということを述べている。 これにより、写像 f: X→ Yと写像 g: Y→ Zとの合成写像 (composite function/mapping)写像の冪[編集]
集合 Xとその部分集合 Y⊂ Xに対し、写像 f: X→ Yはそれ自身と合成することができる。この合成写像をしばしば f2で表す。同様に自分自身との合成を繰り返して合成に関するモノイド[編集]
合成の記法について[編集]
●g ∘ fの合成の記号を落として、単に gfと書かれることも多い。 ●20世紀のなかごろ、︵左から右へ読む文章中で︶"g ∘ f" と書いたものが "最初に fを施してから gを施す" という意味になるのは非常にややこしいため、記号を改めて "f(x)" の代わりに "xf" と書き、"g(f(x))" の代わりに "(xf)g" と書いた者もあった。このような記法は後置記法と呼ばれる。分野によってはこのようにしたほうが、写像を左から作用させるよりも自然で単純であるようにも思われる︵例えば線型代数学では xを行ベクトルとして、行列 fおよび gと右からの行列の積によって合成を行うことができる。行列の積は可換ではないから、順番は重要である︶。連続して変換することと合成とが、合成の列を左から右に読むことによってちょうど一致する。 ●後置記法を採用している文脈では、"fg" と書くことで、初めに fを適用してから gを適用するという意味となるが、後置記法では記号の現れる順番を保たなければならないので、"fg" と書くのは︵どこまでが一つの記号なのかわかりにくいため︶曖昧さを含んでしまう。計算機科学者はこれを "f;g" と書き、これによって合成の順番に関する曖昧さを除くことができる。左合成演算子と地の文における約物としてセミコロンとを区別するために、Z記法では﹁太いセミコロン﹂⨟ (U+2A1F) で左関係合成を表すが、写像は二項関係であるから、写像の合成に太いセミコロンを用いるのは意味的にも正しい︵この記号法についての議論は関係の合成の項を参照︶。合成作用素[編集]
関連項目[編集]
外部リンク[編集]
- "Composition of Functions" by Bruce Atwood, the Wolfram Demonstrations Project, 2007.