Ejercicios — Capítulo 12

Fecha de última modificación

11 de octubre de 2026

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Las soluciones completas se encuentran en ANM-C12_SOLUCIONES.md. Justifica las respuestas y declara dominios, codominios y conjuntos transportados. Distingue valores, imágenes, preimágenes e inversas.

12.1. La misma regla, tres objetos

Compara \(f:\mathbb R\to\mathbb R\), \(g:[0,\infty)\to\mathbb R\) y \(h:[0,\infty)\to[0,\infty)\), todas dadas por \(x^2\). Determina cuáles tienen el mismo grafo y cuáles son iguales como funciones tipadas.

12.2. Una relación que debe repararse

En \(D=\{0,1,2\}\) y \(E=\{0,1,4\}\) considera \(R=\{(0,0),(1,1),(1,4)\}\). Explica por qué no es el grafo de una función \(D\to E\) y construye una reparación eliminando un par y añadiendo otro.

12.3. Ninguna tabla finita decide toda la función

Dado un conjunto finito \(A\subseteq\mathbb R\), construye dos funciones distintas \(\mathbb R\to\mathbb R\) que coincidan en todas las entradas de \(A\).

12.4. Identidad extensional

Prueba que para \(f,g:D\to E\) la igualdad \(G_f=G_g\) equivale a \(f(x)=g(x)\) para todo \(x\in D\). Explica por qué deben fijarse los tipos para concluir \(f=g\).

12.5. Discreto frente a real

Para \(a:\mathbb N\to\mathbb R\), \(a_n=2n+1\), y \(f:\mathbb R\to\mathbb R\), \(f(x)=2x+1\), determina la relación entre sus grafos. ¿Es la sucesión una recta?

12.6. Imagen exacta de un intervalo

Calcula la imagen de \([-3,2)\) por \(q:\mathbb R\to\mathbb R\), \(q(x)=x^2\), probando ambas inclusiones.

12.7. Unión con dos piezas

Calcula \(q[[-2,-1]\cup(0,1)]\) para el cuadrado real. Justifica extremos y huecos.

12.8. Imagen y cardinalidad finita

Si \(A\subseteq D\) es finito y \(f:D\to E\), prueba que \(|f[A]|\le|A|\) y que hay igualdad si y sólo si \(f|_A\) es inyectiva.

12.9. La inclusión no estudia el orden

Construye una función real que no sea no decreciente ni no creciente y demuestra que su operación de imagen conserva inclusiones de conjuntos.

12.10. Imagen de una diferencia

Prueba \(f[A]\setminus f[C]\subseteq f[A\setminus C]\) para \(A,C\subseteq D\) y da un ejemplo en que la inclusión sea estricta.

12.11. Selección de dos bandas

Calcula \(q^{-1}[[0,1)\cup\{4\}]\) para \(q:\mathbb R\to\mathbb R\), \(q(x)=x^2\).

12.12. El dominio recorta la respuesta

Sea \(f:[-1,3)\to\mathbb R\), \(f(x)=x^2\). Calcula \(f^{-1}[(1,4]]\).

12.13. Las fibras particionan el dominio

Para \(f:D\to E\), demuestra que las fibras sobre los elementos de \(f[D]\) son no vacías, disjuntas dos a dos y su unión es \(D\).

12.14. Recuperar todas las salidas solicitadas

Prueba que \(f[f^{-1}[B]]=B\) para todo \(B\subseteq E\) si y sólo si \(f:D\to E\) es sobreyectiva.

12.15. La preimagen conoce la función

Sean \(f,g:D\to E\). Si \(f^{-1}[B]=g^{-1}[B]\) para todo \(B\subseteq E\), demuestra que \(f=g\).

12.16. Álgebra de una selección

Prueba directamente \(f^{-1}[(B\cup H)\setminus K]=(f^{-1}[B]\cup f^{-1}[H])\setminus f^{-1}[K]\) para \(B,H,K\subseteq E\).

12.17. La intersección detecta inyectividad

Prueba que \(f[A\cap C]=f[A]\cap f[C]\) para todos \(A,C\subseteq D\) si y sólo si \(f\) es inyectiva.

12.18. Saturar dos veces

Define \(S(A)=f^{-1}[f[A]]\). Prueba \(A\subseteq S(A)\), que \(A\subseteq C\) implica \(S(A)\subseteq S(C)\) y que \(S(S(A))=S(A)\).

12.19. Complementos y biyectividad

Prueba que \(f[D\setminus A]=E\setminus f[A]\) para todo \(A\subseteq D\) si y sólo si \(f:D\to E\) es biyectiva.

12.20. Seleccionar una partición

Sea \(E=B_1\cup\cdots\cup B_k\) una partición finita en piezas no vacías. Prueba que sus preimágenes cubren \(D\) y son disjuntas, y explica por qué pueden no formar una partición en piezas no vacías.

12.21. La última etapa se filtra primero

Para \(f(x)=x^2\) y \(g(y)=3-y\), ambas reales, calcula \((g\circ f)^{-1}[[1,3)]\) por etapas.

12.22. Una composición sin tipo

Sea \(f:\mathbb R\to\mathbb R\), \(f(x)=x-1\), y \(g:\mathbb R\setminus\{0\}\to\mathbb R\), \(g(y)=1/y\). ¿Define \(g\circ f\) una función en todo \(\mathbb R\)? Declara la composición válida y su regla.

12.23. Dos identidades distintas

Para \(f:D\to E\) y \(h:E\to D\), prueba que \(h\circ f=\operatorname{id}_D\) implica inyectividad de \(f\) y que \(f\circ h=\operatorname{id}_E\) implica sobreyectividad de \(f\). Da un ejemplo donde sólo se cumpla la primera.

12.24. Inversa sobre la imagen

Si \(f:D\to E\) es inyectiva, demuestra que cambiando el codominio a \(f[D]\) se obtiene una biyectiva. ¿Por qué su inversa no tiene necesariamente dominio \(E\)?

12.25. La inversa de una composición

Sean \(f:D\to E\) y \(g:E\to F\) biyectivas. Prueba que \(g\circ f\) es biyectiva y su inversa es \(f^{-1}\circ g^{-1}\).

12.26. Imagen con orientación invertida

Calcula la imagen de \([-1,2)\) por \(h(x)=-3x+2\) con codominio real. Justifica ambas inclusiones.

12.27. Dos sentidos estrictos

Si \(f:D\to E\subseteq\mathbb R\) y \(g:E\to\mathbb R\) son estrictamente decrecientes, prueba que \(g\circ f\) es estrictamente creciente.

12.28. La inclusión de extremos puede ser propia

Para la función \(s\) de §12.6, prueba que \(s[[-2,2]]\) es un subconjunto propio de \([s(-2),s(2)]\) aun siendo \(s\) estrictamente creciente.

12.29. Orden de la inversa

Si \(f:D\to E\) es estrictamente creciente y biyectiva, con \(D,E\subseteq\mathbb R\), prueba que \(f^{-1}\) es estrictamente creciente.

12.30. Inyectividad no decide monotonía

Construye una biyectiva \(\mathbb R\to\mathbb R\) que no sea no decreciente ni no creciente.

12.31. La mejor escala afín

Para \(h(x)=mx+c\) en toda \(\mathbb R\), prueba que \(|m|\) es la menor cota de expansión no negativa.

12.32. Una cota sin reversibilidad

Prueba que \(f(x)=\max(x,0)\) tiene cota de expansión \(1\) en \(\mathbb R\) y no es inyectiva.

12.33. La cota del cuadrado depende del radio

Prueba que \(2R\) es la menor cota de expansión del cuadrado en \([-R,R]\), \(R>0\), sin derivadas.

12.34. Deshacer con control de distancia

Supón \(c|x-y|\le|f(x)-f(y)|\le L|x-y|\) para \(x,y\in D\), con \(0<c\le L\). Prueba las cotas de la inversa sobre la imagen.

12.35. Cota compuesta con restricción

Sean \(q:[-2,2]\to[0,4]\), \(q(x)=x^2\), y \(h:[0,4]\to\mathbb R\), \(h(y)=3y-1\). Obtén una cota para \(h\circ q\) y demuestra si es la menor posible.

12.36. Transportar el cuadrado entero

Para \(T(u,v)=(u+v,v)\), calcula la imagen de \([0,1]^2\) mediante desigualdades en las coordenadas de salida \((a,b)\); prueba ambas inclusiones.

12.37. Una rejilla no es un grafo escalar

Explica por qué la imagen por \(T\) de la recta \(v=0\) puede ser una parte de un dibujo de rejilla y también el grafo de una función escalar, pero \(T\) no es esa función escalar.

12.38. Ventana certificada para una afín

Sea \(f(x)=mx+c\) en \(\mathbb R\), \(x_0\in\mathbb R\) y \(\rho>0\). Si \(m\ne0\), calcula \(f^{-1}[B(f(x_0),\rho)]\) y decide para qué \(r>0\) vale \(f[B(x_0,r)]\subseteq B(f(x_0),\rho)\). Trata \(m=0\).

12.39. Pertenencia sin vecindad

Define \(p:\mathbb R\to\mathbb R\) por \(p(0)=0\) y \(p(x)=1\) si \(x\ne0\). Calcula \(p^{-1}[B(0,1/2)]\) y prueba que no es vecindad de cero.

12.40. Reconstruir imagen desde todas las selecciones

Sean \(A\subseteq D\) y \(C\subseteq E\). Supón que para todo \(B\subseteq E\) se cumple \(C\subseteq B\) si y sólo si \(A\subseteq f^{-1}[B]\). Prueba que \(C=f[A]\).

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