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| author | Juan Marín Noguera <juan.marinn@um.es> | 2020-07-18 17:14:15 +0200 |
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@@ -2500,103 +2500,97 @@ Si \begin_inset Note Comment status open +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + \begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + -\backslash -begin{itemize} \end_layout -\begin_layout Plain Layout +\end_inset -\backslash -item[$ -\backslash -implies]$] Sea $F: -\backslash -mathbb{S}^1 -\backslash -times[0,1] -\backslash -to -\backslash -mathbb{S}^1$ la homotopía de una cierta función constante $c(z):=z_0$ a - $f$ y definimos $ -\backslash -hat f: -\backslash -mathbb{D}^2 -\backslash -to -\backslash -mathbb{S}^1$ como $ -\backslash -hat f(0):=z_0$ y $ -\backslash -hat f(z):=F( -\backslash -frac z{ -\backslash -Vert z -\backslash -Vert}, -\backslash -Vert z -\backslash -Vert)$ para $z -\backslash -neq0$. - Para ver que $ -\backslash -hat f$ es continua también en $z_0$, $ -\backslash -lim_{z -\backslash -to0} -\backslash -hat f(z)= -\backslash -lim_{z -\backslash -to0}F({z -\backslash -over -\backslash -Vert z -\backslash -Vert}, -\backslash -Vert z -\backslash -Vert)=z_0$. - Para $z -\backslash -in -\backslash -mathbb{S}^1$, $ -\backslash -hat f(z)=F(z,1)=f(z)$. +Si +\begin_inset Formula $\deg f=0$ +\end_inset + +, existe una homotopía +\begin_inset Formula $F:\mathbb{S}^{1}\times[0,1]\to\mathbb{S}^{1}$ +\end_inset + + de una función constante en +\begin_inset Formula $z_{0}\in\mathbb{S}^{1}$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + +. + Entonces tomamos +\begin_inset Formula $\hat{f}:\mathbb{D}^{2}\to\mathbb{S}^{1}$ +\end_inset + + como +\begin_inset Formula $\hat{f}(re(\theta)):=F(e(\theta),r)$ +\end_inset + +, que está bien definida porque, si +\begin_inset Formula $re(\theta)=r'e(\theta')$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $(r,\theta)\neq(r',\theta')$ +\end_inset + +, debe ser +\begin_inset Formula $r=r'=0$ +\end_inset + +, y entonces +\begin_inset Formula $F(e(\theta),r)=z_{0}=F(e(\theta'),r')$ +\end_inset + +. \end_layout +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + \begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + -\backslash -item[$ -\backslash -impliedby]$] Definimos $F(z,t):= -\backslash -tilde f(tz)$. - Entonces $F(z,1)= -\backslash -hat f(z)=f(z)$ y $F(z,0)= -\backslash -hat f(0)$ que es constante, y como $F$ es continua, define una homotopía - entre $f$ y una constante. \end_layout -\begin_layout Plain Layout +\end_inset -\backslash -end{itemize} +Basta ver que +\begin_inset Formula $F:\mathbb{S}^{1}\times[0,1]\to\mathbb{S}^{1}$ +\end_inset + + dada por +\begin_inset Formula $F(z,t):=\hat{f}(zt)$ +\end_inset + + es una homotopía de la función constante en +\begin_inset Formula $\hat{f}(0)$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + +, y entonces +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + tiene el mismo grado que una función constante, 0. \end_layout \end_inset @@ -2180,6 +2180,58 @@ por el teorema de Van Kampen especial, versión 2 \end_inset . + Como +\series bold +teorema +\series default +, el grupo fundamental de la figura ocho no es abeliano. + +\begin_inset Note Comment +status open + +\begin_layout Plain Layout +En efecto, sabemos que +\begin_inset Formula $\pi_{1}(E)\cong\mathbb{Z}*\mathbb{Z}$ +\end_inset + +, y si para +\begin_inset Formula $n\in\mathbb{Z}$ +\end_inset + + llamamos +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + al elemento +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + del primer +\begin_inset Formula $\mathbb{Z}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $n'$ +\end_inset + + al del segundo +\begin_inset Formula $\mathbb{Z}$ +\end_inset + +, tenemos +\begin_inset Formula $(2\cdot3')\cdot2=2\cdot3'\cdot2$ +\end_inset + + pero +\begin_inset Formula $2\cdot(2\cdot3')=4\cdot3'$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_inset + + \end_layout \begin_layout Section @@ -2264,16 +2316,70 @@ teorema status open \begin_layout Plain Layout -\begin_inset Note Note -status open -\begin_layout Plain Layout -Demostración -\end_layout +\series bold +Demostración: +\series default + Queremos ver que +\begin_inset Formula $j_{*}:\pi_{1}(A,x_{0})\to\pi_{1}(X,x_{0})$ +\end_inset + + dada por +\begin_inset Formula $j_{*}([\alpha]):=[j\circ\alpha]=[\alpha]$ +\end_inset + + es biyectiva. + Es claro que es inyectiva. + Para ver que es suprayectiva, sean +\begin_inset Formula $r:X\to A$ +\end_inset + + un retracto fuerte de deformación, +\begin_inset Formula $R:X\times[0,1]\to X$ +\end_inset + + una homotopía de +\begin_inset Formula $j\circ r$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $1_{X}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\alpha\in{\cal L}(X,x_{0})$ +\end_inset + +. + Entonces +\begin_inset Formula $\beta\in{\cal L}(A,x_{0})$ +\end_inset + dada por +\begin_inset Formula $\beta(s):=r(\alpha(s))=j(r(\alpha(s)))$ \end_inset + es homotópica a +\begin_inset Formula $\alpha$ +\end_inset + + por la homotopía de caminos +\begin_inset Formula $H(s,t):=R(\alpha(s),t)$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $\beta$ +\end_inset + a +\begin_inset Formula $\alpha$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $j_{*}([\beta])=[\beta]=[\alpha]$ +\end_inset + +. \end_layout \end_inset @@ -2295,23 +2401,243 @@ La figura ocho \end_inset . - \begin_inset Note Comment status open \begin_layout Plain Layout -\begin_inset Note Note -status open +Sin pérdida de generalidad, podemos suponer que +\begin_inset Formula $p=(-1,0)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $q=(1,0)$ +\end_inset + +, y que la figura ocho es +\begin_inset Formula $E:={\cal C}(p;1)\cup{\cal C}(q;1)$ +\end_inset + +. + Definimos el siguiente retracto de deformación +\begin_inset Formula $r:\mathbb{R}^{2}\setminus\{p,q\}\to E$ +\end_inset + +: +\end_layout \begin_layout Plain Layout -Demostración +\begin_inset Formula +\[ +r(x,y):=\begin{cases} +(-1,0)+\frac{(x+1,y)}{|(x+1,y)|}, & x\leq-1\lor(x,y)\in\overline{B}(p,1);\\ +(1,0)+\frac{(x-1,y)}{|(x-1,y)|}, & x\geq1\lor(x,y)\in\overline{B}(q,1);\\ +\left(x,\tfrac{y}{|y|}\sqrt{1-(1-|x|)^{2}}\right), & x\in[-1,1]\land(x,y)\notin\overline{B}(p,1)\cup\overline{B}(q,1). +\end{cases} +\] + +\end_inset + +Veamos primero que el rango de la función es +\begin_inset Formula $E$ +\end_inset + +. + Para el primer trozo, +\begin_inset Formula $\frac{(x+1,y)}{|(x+1,y)|}$ +\end_inset + + tiene norma 1, luego +\begin_inset Formula $(-1,0)+\frac{(x+1,y)}{|(x+1,y)|}\in{\cal C}(p;1)$ +\end_inset + +. + Análogamente, para el segundo trozo, +\begin_inset Formula $(1,0)+\frac{(x-1,y)}{|(x-1,y)|}\in{\cal C}(q;1)$ +\end_inset + +. + Para el tercer trozo, si +\begin_inset Formula $x\geq0$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula +\[ +\left|\left(x,\frac{y}{|y|}\sqrt{1-(1-x)^{2}}\right)-(1,0)\right|=(x-1)^{2}+1-(1-x)^{2}=1, +\] + +\end_inset + +luego +\begin_inset Formula $(x,\frac{y}{|y|}\sqrt{1-(1-x)^{2}})\in{\cal C}(q;1)$ +\end_inset + +, y análogamente, si +\begin_inset Formula $x\leq0$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $(x,\frac{y}{|y|}\sqrt{1-(1-x)^{2}})\in{\cal C}(p;1)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout +Veamos que +\begin_inset Formula $r|_{E}=1_{E}$ +\end_inset + +. + Restringiendo la definición de +\begin_inset Formula $r$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $E$ +\end_inset + +, el primer trozo aplicaría a +\begin_inset Formula ${\cal C}(p;1)$ +\end_inset + +, y entonces, como +\begin_inset Formula $|(x+1,y)|=|(x,y)-p|=1$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $r(x,y)=(-1,0)+(x+1,y)=(x,y)$ +\end_inset + +. + El segundo trozo aplicaría a +\begin_inset Formula ${\cal C}(q;1)$ +\end_inset + +, y análogamente, +\begin_inset Formula $r(x,y)=(1,0)+(x-1,y)=(x,y)$ +\end_inset + +. + El tercer trozo no aplica a +\begin_inset Formula $E$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout +Ahora queda ver que la función es continua en las fronteras de los trozos. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +La intersección del primer trozo y el tercero es +\begin_inset Formula $I_{1}:=\{-1\}\times(\mathbb{R}\setminus[-1,1])$ +\end_inset + +. + Para +\begin_inset Formula $(x,y)\in I_{1}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $(-1,0)+\frac{(x+1,y)}{|(x+1,y)|}=(-1,0)+\frac{(0,y)}{|(0,y)|}=(-1,\frac{y}{|y|})$ +\end_inset + +, mientras que +\begin_inset Formula $(x,\frac{y}{|y|}\sqrt{1-(1-|x|^{2})})=(-1,\frac{y}{|y|})$ +\end_inset + +. + Las fronteras también intersecan en +\begin_inset Formula $I_{2}:={\cal C}(p;1)\cap([-1,0]\times\mathbb{R})$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula $(x_{0},y_{0})\in I_{2}$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $(x_{0},y_{0})\in E$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $(-1,0)+\frac{(x_{0}+1,y_{0})}{|(x_{0}+1,y_{0})|}=(x_{0},y_{0})$ +\end_inset + +, mientras que +\begin_inset Formula +\begin{multline*} +\lim_{(x,y)\to(x_{0},y_{0})}\left(x,\frac{y}{|y|}\sqrt{1-(1-|x|)^{2}}\right)=\lim_{(x,y)\to(x_{0},y_{0})}\left(x,\frac{y}{|y|}\sqrt{1-(1+x)^{2}}\right)\overset{(1+x)^{2}+y^{2}\to1}{=}\\ +=\lim_{(x,y)\to(x_{0},y_{0})}\left(x,\frac{y}{|y|}\sqrt{y^{2}}\right)=\lim_{(x,y)\to(x_{0},y_{0})}\left(x,\frac{y}{|y|}|y|\right)=(x_{0},y_{0}). +\end{multline*} + +\end_inset + + \end_layout +\begin_deeper +\begin_layout Enumerate +La intersección del segundo trozo y el tercero se comprueba de forma análoga. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +La intersección entre el primer trozo y el segundo es +\begin_inset Formula $\{(0,0)\}$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $(0,0)$ +\end_inset + + está en +\begin_inset Formula $E$ +\end_inset + +, cumple +\begin_inset Formula $(-1,0)+\frac{(x+1,y)}{|(x+1,y)|}=(1,0)+\frac{(x-1,y)}{|(x-1,y)|}=(x,y)=(0,0)$ +\end_inset + +. + La intersección de las fronteras no contiene más puntos. +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout +Con esto, usando límites y el lema del pegamiento, hemos probado que +\begin_inset Formula $r$ +\end_inset + + es continua. + Entonces podemos definir una homotopía de +\begin_inset Formula $i\circ r$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $i:E\to\mathbb{R}^{2}$ +\end_inset + + es la inclusión, a +\begin_inset Formula $1_{\mathbb{R}^{2}}$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $F:\mathbb{R}^{2}\times[0,1]\to\mathbb{R}^{2}$ +\end_inset + + dada por +\begin_inset Formula +\[ +F(x,t):=(1-t)r(x)+tx. +\] + \end_inset \end_layout +\end_deeper \end_inset @@ -2577,34 +2903,6 @@ Demostración \end_layout \begin_layout Standard -Como -\series bold -teorema -\series default -, el grupo fundamental de la figura ocho no es abeliano. - -\begin_inset Note Comment -status open - -\begin_layout Plain Layout -\begin_inset Note Note -status open - -\begin_layout Plain Layout -Demostración. -\end_layout - -\end_inset - - -\end_layout - -\end_inset - - -\end_layout - -\begin_layout Standard Una \series bold @@ -683,6 +683,50 @@ Así, \end_inset es triangulable a un tetraedro. + +\begin_inset Note Comment +status open + +\begin_layout Plain Layout +En efecto, sean +\begin_inset Formula $a:=(0,0,1)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $b:=(0,1,-1)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $c:=(-1,-1,-1)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $d:=(1,-1,-1)$ +\end_inset + +, entonces el complejo simplicial dado por +\begin_inset Formula +\begin{multline*} +\{\{a,b,c\},\{a,b,d\},\{a,c,d\},\{b,c,d\},\{a,b\},\{a,c\},\\ +\{a,d\},\{b,c\},\{b,d\},\{c,d\},\{a\},\{b\},\{c\},\{d\}\} +\end{multline*} + +\end_inset + +junto con el homeomorfismo +\begin_inset Formula $h(x,y,z):=\frac{(x,y,z)}{|(x,y,z)|}$ +\end_inset + + forman una triangulación de +\begin_inset Formula $\mathbb{S}^{2}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_inset + + \end_layout \begin_layout Standard @@ -1610,7 +1654,7 @@ Sea $K_1$ una triangulación de $S_1$ y $K_2$ una de $S_2$, y suponemos que \end_layout \begin_layout Standard -Así: +Entonces: \end_layout \begin_layout Enumerate @@ -1618,21 +1662,11 @@ Así: \end_inset . - \begin_inset Note Comment status open \begin_layout Plain Layout -\begin_inset Note Note -status open - -\begin_layout Plain Layout -Demostración. -\end_layout - -\end_inset - - +Por triangulación con un tetraedro. \end_layout \end_inset @@ -1645,21 +1679,106 @@ Demostración. \end_inset . - \begin_inset Note Comment status open \begin_layout Plain Layout -\begin_inset Note Note -status open +Sean +\begin_inset Formula $a_{0}:=(0,1,0)$ +\end_inset -\begin_layout Plain Layout -Demostración. -\end_layout +, +\begin_inset Formula $a_{1}:=(0,3,1)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $a_{2}:=(0,3,-1)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $b_{0}:=(-1,-1,0)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $b_{1}:=(-3,-3,1)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $b_{2}:=(-3,-3,-1)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $c_{0}:=(1,-1,0)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $c_{1}:=(3,-3,1)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $c_{2}:=(3,-3,-1)$ +\end_inset + +. + Usamos el complejo simplicial cuyas caras son +\begin_inset Formula +\begin{multline*} +\{\{a_{0},b_{0},a_{1}\},\{a_{1},b_{0},b_{1}\},\{a_{1},b_{1},a_{2}\},\{a_{2},b_{1},b_{2}\},\{a_{2},b_{2},a_{0}\},\{a_{0},b_{2},b_{0}\},\\ +\{c_{0},b_{0},c_{1}\},\{c_{1},b_{0},b_{1}\},\{c_{1},b_{1},c_{2}\},\{c_{2},b_{1},b_{2}\},\{c_{2},b_{2},c_{0}\},\{c_{0},b_{2},b_{0}\},\\ +\{a_{0},c_{0},a_{1}\},\{a_{1},c_{0},c_{1}\},\{a_{1},c_{1},a_{2}\},\{a_{2},c_{1},c_{2}\},\{a_{2},c_{2},a_{0}\},\{a_{0},c_{2},c_{0}\}\}, +\end{multline*} + +\end_inset + +y cuyas aristas y vértices son los subsímplices de estas caras. + Entonces, si +\begin_inset Formula $r:=\frac{29}{20}$ +\end_inset + +, la circunferencia +\begin_inset Formula $r\mathbb{S}^{1}\times\{0\}$ +\end_inset + está contenida en el interior del complejo, pues este contiene a +\begin_inset Formula $([(0,3),(-3,-3),(3,-3)]\setminus[(0,1),(-1,-1),(1,-1)])$ \end_inset +, pero el punto más alejado del origen del triángulo interior (uno de ellos) + es +\begin_inset Formula $(-1,1)$ +\end_inset + + con norma +\begin_inset Formula $\sqrt{2}<r$ +\end_inset + + y el más cercano al origen del triángulo exterior (uno de ellos) es +\begin_inset Formula $\frac{(0,3)+(-3,-3)}{2}=(-\frac{3}{2},0)$ +\end_inset + con norma +\begin_inset Formula $\frac{3}{2}>r$ +\end_inset + +. + Entonces, si +\begin_inset Formula $p(x,y):=r(\frac{x}{\sqrt{x^{2}+y^{2}}},\frac{y}{\sqrt{x^{2}+y^{2}}},0)$ +\end_inset + +, la función +\begin_inset Formula $h(x,y,z):=r(x,y)+\frac{(x,y,z)-r(x,y)}{|(x,y,z)-r(x,y)|}$ +\end_inset + + es un homeomorfismo del complejo al toro con circunferencia interior +\begin_inset Formula $r\mathbb{S}^{1}\times\{0\}$ +\end_inset + + y exterior de radio 1. + El complejo tiene 18 caras, 27 aristas y 9 vértices, por lo que +\begin_inset Formula $\chi(\mathbb{T}^{2})=9-27+18=0$ +\end_inset + +. \end_layout \end_inset |
