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Objetivo del grupo fundamental

Estoy tratando de probar lo siguiente: si $\mathcal{C}_1$ es la categoría de camino conectado espacios topológicos y $\mathcal{C}_2$ es la categoría de grupos, entonces el % de asignación $\mathcal{C}_1 \ni X \mapsto \pi_1(X)\in \mathcal{C}_2$no es un functor. ($\pi_1(X)$ es el grupo fundamental de la $X$).

Idea: Quiero ver que no hay manera de asociar a un morfismo $f: X \rightarrow Y$ $\mathcal{C}_1$ un morfismo $f_{*}: \pi_1(X)\rightarrow \pi_1(Y)$ $\mathcal{C}_2 : \forall f,g \in Mor(\mathcal{C}_1)$ que puede ser compuesta, con la ecuación: $$(g \circ f)_{*}= g_{*} \circ f_{*}$ $

Pero no veo cómo puedo comprobarlo. Le agradeceria su ayuda

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Chris Benard Puntos 1430

$\def\ZZ{\mathbb{Z}}$Voy a demostrar que un functor no puede "parecer" $\pi_1$. Deje $S^1$ ser el círculo unidad, vamos a $C$ ser el cilindro $S^1 \times [0,1]$ y deje $K$ ser la botella de Klein, el resultado de pegar los extremos de $C$ junto con la orientación inversa. Tenemos $\pi_1(S^1) \cong \pi_1(C) \cong \ZZ$ $\pi_1(K) \cong \ZZ \ltimes \ZZ$ cuando la acción es por $-1$. Disponemos de los siguientes mapas:

  • $\nu: S^1 \to S^1$, el mapa en el que se invierte la orientación.

  • $i_1$ $i_2: S^1 \to C$ , las inclusiones de los extremos de $C$.

  • $g: C \to K$, el mapa que une los extremos del cilindro.

Supongamos $G$ fueron un functor de ruta espacios conectados a abelian grupos. Si $G$ "parecía $\pi_1$", entonces sería de esperar

  • $G(\nu) : \ZZ \to \ZZ$ debe $-1$.

  • $G(i_1)$ $G(i_2)$ debe inducir el mismo bijection $\ZZ \to \ZZ$.

  • $G(g)$ debe ser una inclusión.

Esto es imposible. Observe que $g \circ i_1 = g \circ i_2 \circ \nu$, por lo que la primera de las dos condiciones implican que el generador de $G(g)$ envía el generador de $G(S^1)$ $2$- torsión del elemento. Pero la única $2$-torsión elemento en $G(K)$ es la identidad, que contradice la condición tercera.

Puedo demostrar que las dos primeras condiciones que deben tener. (En general, puedo demostrar que el functors $G^{\mathrm{ab}}(X) \otimes \mathbb{Q}$ $H_1(X, \mathbb{Q})$ son naturalmente isomorfos.) Pero estoy confundido tratando de descartar la posibilidad de que $G(g)$ es la trivial mapa. No quiero trabajar en este problema, así que me voy a poner esto como una respuesta parcial.

4voto

Ben Puntos 175

El problema no está en los morfismos ... es en la definición misma de $\pi_1$ sobre los objetos: que el grupo debe escoger? Hay, en principio, infinitamente muchos grupos $\pi_1(X,x)$$x\in X$, todos diferentes (debido a que el subyacente conjuntos son diferentes), pero isomorfo. El isomorfismo $\pi_1(X,x)\cong \pi_1(X,y)$ no es canónica, ya que depende de la elección de un camino de$x$$y$, por lo que tiene como muchos isomorphisms como muchos homotopy clases de caminos. Por lo tanto, no hay ninguna forma canónica para elegir un grupo en la categoría de grupo y de la llamada es el grupo fundamental de la $X$. Así que usted no puede incluso definir el mapa entre los objetos.

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