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Calcular el grupo fundamental de la $\mathbb{R}P^1$.

Bueno, yo estoy tratando de usar el hecho de que $S^1$'s fundamentales de los grupos es libre y generadas por sobre el elemento ($\mathbb{Z}$), denotando $\pi_1(S^1) = \langle [\gamma] \rangle$. Al $\gamma$ es un bucle comienza a $(0,1)$ y el de las agujas del reloj a través de $S^1$ . Usando el cociente mapa $q:S^1 \rightarrow \mathbb{R}P^1$ ($x \mapsto \{x,-x\}$) como una cubierta de mapas, uno conseguir ese $[\gamma] \mapsto q_*([\gamma]) = [q\circ\gamma]= \cases{\alpha(s) : s\in[0,\pi] \\ \alpha(s-\pi) : s\in[0,2\pi]}$ al $\alpha$ es el bucle en $\mathbb{R}P^1$, que comienza a $(0,1)$, y la de las agujas del reloj hasta que $(0,-1) \sim (0,1)$.

$q\circ \gamma$ es homotópica a $\cases{\alpha(2s) : s\in[0,\pi] \\ \alpha(2s-2\pi) : s\in[0,2\pi]}$ por el homotopy $F_t(s) = \cases{\alpha(2(1+t)s) : s\in[0,\pi] \\ \alpha((1+t)(s-\pi)) : s\in[0,2\pi]}$, lo que a su vez es homotópica a $\alpha * \alpha$ (sólo la composición de una función para cambiar el dominio de$[0,2\pi]$$[0,1]$.

De manera que uno puede conclute que $[q\circ \gamma] = [\alpha * \alpha]$ , pero no estoy de éxito en el procedimiento formalmente a la conclusión de que $\mathbb{R}P^1$ es generado por $\alpha$ que es lo que yo deseaba alcanzar. Cualquier ayuda, y otras ideas se agradece!

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failexam Puntos 90

Sabemos $q$ es una cubierta doble. De ello se desprende que $q_*(\pi_1(S^1))$ (que es isomorfo a $\pi_1(S^1)$, ya que el $q_*$ es inyectiva) es un índice-2 subgrupo de $\pi_1(\mathbb{R}P^1)$.

Ya sabemos que $\pi_1(\mathbb{R}P^1) \simeq \mathbb{Z}$ $^{(1)}$ y tenemos que $\alpha^2$ es la imagen de un generador de $\pi_1(S^1)$, se deduce que genera $q_*(\pi_1(S^1))$ (que es el índice-2 subgrupo). Por lo tanto, $\alpha$ es un generador de $\pi_1(\mathbb{R}P^1)$.

$^{(1)}$Es fácil probar que $\mathbb{R}P^1 \simeq S^1$ directamente, o simplemente podemos recurrir a la clasificación de los compactos $1$-colectores (que también dice que debe ser $S^1$).

En una versión anterior de esta respuesta, yo afirmaba que desde el hecho de que la existencia de un índice-2 subgrupo (isomorfo a $\mathbb{Z}$) solo podríamos inferir que $\pi_1(\mathbb{R}P^1) \simeq \mathbb{Z}$. Este es, por supuesto, falso. Podríamos tener $\pi_1(\mathbb{R}P^1) \simeq \mathbb{Z} \oplus \mathbb{Z}/2\mathbb{Z}$. De hecho, esas son las únicas dos posibilidades si sabemos que $\pi_1(\mathbb{R}P^1)$ es abelian (que vamos a hacer... porque $\mathbb{R}P^1$$S^1$! O si usted no desea utilizar que, entonces podríamos saber que debido a que es una Mentira grupo, que es casi el engaño, pero no del todo).

Una forma de ver que esas son las únicas dos posibilidades es utilizar el hecho de que tenemos la secuencia exacta $$0 \to \pi_1(S^1) \stackrel{q_*}{\to} \pi_1(\mathbb{R}P^1)\to \pi_1(\mathbb{R}P^1)/q_*(\pi_1(S^1)) \simeq \mathbb{Z}/2\mathbb{Z} \to 0, $$ y por lo tanto las posibilidades de $\pi_1(\mathbb{R}P^1)$ están restringidos por $\mathrm{Ext}(\mathbb{Z}/2\mathbb{Z},\mathbb{Z}) \simeq \mathbb{Z}/2\mathbb{Z}$, lo $\mathbb{Z}$ $\mathbb{Z} \oplus \mathbb{Z}/2\mathbb{Z}$ son de hecho las únicas posibilidades.

Sería bueno saber de una manera para descartar la "posibilidad" de $\mathbb{Z} \oplus \mathbb{Z}/2\mathbb{Z}$ de la cubierta mapa directamente, por ejemplo, no tener que recurrir a saber que $\pi_1(\mathbb{R}P^1)$ es, de hecho, $\mathbb{Z}$ de antemano.

Pero es mucho mejor para evadir todo esto y usar lo que está en el comienzo de esta "nota al pie".

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Laz Puntos 51

Si sabes $\pi_k(\mathbb{S}^1)$, sabes $\pi_k(\mathbb{RP}^1)$!! Porque $\mathbb{RP}^1 \cong \mathbb{S}^1$ homeomorfa!!!!
Otra manera de calcular el grupo fundamental de un espacio a través de un mapa de cobertura de la misma, verificar mi respuesta aquí: cálculo del grupo fundamental del plano proyectivo sin Teorema de Van Kampen.

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