已知集合 $A = \{1, 2, 3, 4\}$,若 $f(x)$ 是 $A \to A$ 的函数,且满足 $f[f(x)] = 1$,则函数 $f(x)$ 的个数是( )
A. 4 B. 10 C. 13 D. 23
解:
① 值域中只有一个元素 1,即值域为 $\{1\}$,对 $\forall x \in A$,$f(x) = 1$,只有 1 个函数符合题意;
② 值域中有两个元素,即值域为 $\{1, a\}$,$a = 2,3,4$,则 $f(1) = 1$,$f(a) = 1$,其余两个不属于 $\{1, a\}$ 的元素,其函数值只能在 $\{1, a\}$ 中选,且至少有一个是 $a$,有 $2^2 - 1 = 3$ 种情况,所以符合题意的函数有 $3 \times 3 = 9$ 个;
③ 值域中有三个或三个以上元素,假设值域 $\{1, a, b\}$,满足 $f(a) = 1$,$f(b) = 1$,$f(1) = 1$,剩余一个元素不可能同时取到 $a$ 和 $b$ 两个函数值,矛盾;
综上,满足题意的 $f(x)$ 一共有 $1 + 9 = 10$ 个。