[제시문]
[가] 집합 \(X\)에서 집합 \(X\)로의 두 함수 \(f, g\)에 대하여 합성함수 \(g \circ f\)는 \((g \circ f)(x) = g(f(x))\)로 정의된다.
[나] 서로 다른 \(n\)개 중에서 순서를 생각하지 않고 \(r\)개를 택하는 조합의 수는 \(\displaystyle\binom{n}{r} = \frac{n!}{r!(n-r)!}\)이다.
[출처 : 고등학교 수학 「함수」, 「순열과 조합」]
집합 \(X = \{1, 2, 3, 4, 5\}\)에 대하여 다음 조건을 모두 만족시키는 함수 \(f: X \to X\)의 개수를 구하시오.
(가) 모든 \(x \in X\)에 대하여 \(f(f(x)) = f(x)\)이다.
(나) 함수 \(f\)의 치역 \(A = \{f(x) \mid x \in X\}\)의 원소의 개수는 \(3\)이다.
(단, 치역의 원소들이 만족해야 하는 성질을 논리적으로 밝히고 경우의 수를 구하시오.)
QUESTIO MOCK EXAM GRID
※ 풀이 과정의 수식 전개와 전제 조건을 명확히 기재하십시오.