함수 여덟 개 중 치역이 공역 전체인 것은 몇 개일까

X={a,b,c}, Y={0,1}에서 f:X→Y는 8개, 치역이 Y인 함수는 상수함수 두 개를 뺀 6개입니다. 일대일 대응은 0개입니다. 공역을 모두 쓰는 조건과 함수값이 겹치지 않는 조건을 나눕니다.

노란 케이블이 꽂힌 포트와 비어 있는 옆 포트

사진: Pittigrilli · CC BY-SA 4.0 · 원본 출처

X={a,b,c},Y={0,1},f:X→YX=\{a,b,c\},\qquad Y=\{0,1\},\qquad f:X\to Y

치역이 Y 전체인 함수는 몇 개일까? 일대일 대응의 개수와도 비교하라.

세 입력마다 함수값을 0 또는 1로 정하므로 함수는 2³=8개다. 0만 쓰거나 1만 쓰는 상수함수 두 개를 빼면

8−2=6.\boxed{8-2=6}.

두 상수함수 이외에는 0과 1을 모두 쓰므로 빠진 경우는 없다.

1을 함수값으로 갖는 입력 수 함수 수
0명 1
1명 3
2명 3
3명 1

반면 일대일 대응은 0개다. 세 입력의 함수값을 모두 다르게 하려면 값 세 개가 필요한데 공역에는 두 개만 있다.

치역과 공역이 같다는 조건은 모든 공역 원소를 쓰라는 뜻이다. 서로 다른 입력의 함수값까지 달라야 한다는 일대일 조건은 별도로 확인한다. 표의 가운데 두 행은 앞 조건을 만족해도 일대일은 아니다.

출처·착안: Natalie Turbiville, 「Wendy’s Letter Project (Permutations and Combinations)」. 문항과 풀이는 새로 작성했다.