함수의 합성: 두 판 사이의 차이

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[[파일:Compfun.svg|300px|thumb|함수 ''g'' ○ ''f''. 예를 들어 (''g ○ f'')(''b'') = ''@''이다.]]
[[수학]]에서, '''함수의 합성'''(函數의合成, {{llang|en|function composition}})은 한 함수의 [[공역 (수학)|공역]]이 다른 함수이 [[정의역]]과 일치하는 경우, 두 함수를 이어 하나의 함수로 만드는 연산이다. 이렇게 얻어진 함수를 '''합성 함수'''({{llang|en|composite function}})라고 한다.
'''합성함수(Composite function,合成函數)'''는 두 개 이상의 [[함수]]를 합성하여 얻은 함수이다.
 
== 정의 ==
두 함수 <math>f: X \rightarrow Y</math>와 <math> g: Y \rightarrow Z</math>에 대하여, 함수 <math> c: X \rightarrow Z</math>를 어떻게 나타낼 수 있을까? 당연히 집합 X의 각 원소 x를 집합 Z의 원소 z에 대응시켜 나타내어야한다. 여기서 원소 z를 두 함수 f, g를 통해 나타내어보면 <math>z=g(f(x))</math>이므로 함수 <math> c: X \rightarrow Z</math>에서 <math>x \rightarrow g(f(x))</math>의 대응관계가 성립한다.
임의의 [[집합]] <math>X</math>, <math>Y</math>, <math>Z</math> 및 두 함수
:<math>f\colon X\to Y</math>
:<math>g\colon Y\to Z</math>
가 주어졌다고 하자. 그렇다면 이 두 함수의 '''합성''' <math>f\circ g</math>는 다음과 같은 함수이다.
:<math>g\circ f\colon X\to Z</math>
:<math>g\circ f\colon x\in X\mapsto g(f(x))</math>
함수의 합성 <math>f\circ g</math>가 정의되려면, <math>f</math>의 [[공역 (수학)|공역]]이 <math>g</math>의 [[정의역]]과 일치하여야 한다.
 
== 성질 ==
이와 같이, 두 함수<math>f: X \rightarrow Y</math>와 <math> g: Y \rightarrow Z</math>를 이용하여 함수 <math> c: X \rightarrow Z</math>를 나타내는 것을 '''함수를 합성한다'''라 한다.
함수의 합성은 [[결합 법칙]]을 만족시킨다. 즉, 임의의 집합 <math>X</math>, <math>Y</math>, <math>Z</math>, <math>W</math> 및 함수
:따라서 이 함수 <math> c: X \rightarrow Z</math>에 대하여 <math>x \rightarrow g(f(x))</math>의 관계가 성립한다. 그러므로 함수 c의 함수식은 <math>y=g(f(x))</math>이다.
:<math>f\colon X\to Y</math>
:<math>g\colon Y\to Z</math>
:<math>h\colon Z\to W</math>
가 주어졌을 때,
:<math>h\circ(g\circ f)=(h\circ g)\circ f\colon X\to W</math>
이다. 이에 따라, ([[항등 함수]]의 존재를 추가하면) 집합과 함수들은 [[범주 (수학)|범주]]를 이루는 것을 알 수 있다.
 
== 바깥 고리 ==
이 합성함수 c에서 주목해야 할 부분은 <math>g(f(x))</math>로, '''최근에 함수 g에 의한 값을 가졌는데 처음에는 함수 f에 의한 값을 가졌다'''를 말해주기위해, 이 합성함수를 g○f로 나타낸다.
* {{매스월드|id=Composition}}
:즉, 이제부터 함수 c를 간단히 기호 g○f로 나타내기로 약속하겠다.
 
두 개 이상의 함수를 합성할 때, 아무 함수끼리나 합성할 수 있는 건 아니다. 이를테면, 두 함수를 합성할 때, 한 함수의 [[치역]]이 다른 함수의 [[정의역]]에 포함될 수 있어야만 두 함수를 합성할 수 있는 것이다. 두 함수 <math>f: X \rightarrow Y</math>와 <math> g: Y \rightarrow Z</math>에 대하여, 함수 f의 치역은 함수 g의 정의역에 당연히 포함되므로 함수 f와 g는 합성될 수 있다.
 
함수를 합성할 때는 항상 [[결합법칙]]이 성립한다. 예를 들어 함수 ''(h ∘ g) ∘ f''와 함수 ''h ∘ (g ∘ f)''는 괄호의 연산 순서와 관련없이 항상 같다. 하지만 함수의 합성에 있어서 일반적으로 [[교환법칙]]은 성립하지 않는다. 다만 (''g ∘ f'')=(''f ∘ g'')일 때는 교환법칙이 성립한다고 한다. 교환법칙은 특수한 사례이거나, 특정 구간에 대해서 성립할 수 있다.
 
{{토막글|수학}}
 
{{집합론}}
[[분류:함수와 사상]]
[[분류:고등 수학]]