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| author | Juan Marín Noguera <juan.marinn@um.es> | 2020-07-18 17:14:15 +0200 |
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| committer | Juan Marín Noguera <juan.marinn@um.es> | 2020-07-18 17:14:15 +0200 |
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@@ -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 |
