$g$'nin birebir oldugunu murad.ozkoc'un cevabindan daha guzel sekilde kanitlamak zor.
Senin anlamadigin sey su: "$f$ birebir degildir." demiyoruz. "$f$ birebir olmak zorunda degil." diyoruz. $f$'nin birebir oldugu ornekler bulabiliriz, $f$'nin birebir olmadigi ornekler de bulabiliriz.
$X$ herhangi bir kume olsun. $f: X \to X$ fonksiyonu etkisiz fonksiyon olsun: $f(x) = x$ olarak tanimlansin. Ve $g = f$ olsun. O halde $f \circ g (x) = f \circ f (x) = f(f(x)) = f(x) = x$ olur. Demek ki elimizde birebir bir fonksiyon var. Bakalim, elimizde ne var: $f \circ g$ birebir. Yani, soruda verilen hipotez saglaniyor. Ve ustelik $f$ de birebir. Bu birinci ornek.
Ikinci ornek icin $X = \{a\}, Y = \{a,b\}$ kumelerini al. $g: X \to Y$ fonksiyonunu $g(a) = a$ olarak tanimla. $f: Y \to X$ fonksiyonunu da $f(a) = f(b) = a$ olarak tanimla (zaten baska turlu tanimlayamazsin.). Bu durumda, $f \circ g$ fonksiyonu $X$'ten $X$'e bir fonksiyondur:
$$f \circ g: X \xrightarrow{g}Y \xrightarrow{f} X$$
ve $f(g(a)) = f(a) = a$'dir. Yani, $f \circ g$ fonksiyonu etkisiz fonksiyondur (zaten $X$ tek elemanli oldugu icin, baska turlu bir fonksiyon tanimlayamazsin.). Tamam. Elimizde $f \circ g$ birebir fonksiyonu var. Sorunun hipotezi saglaniyor. Ancak $f$ fonksiyonu birebir degil.