Фундаментальна група
Фундаментальною групою в алгебраїчній топології і пов'язаних з нею галузях математики, називається алгебраїчний об'єкт, який зіставляється топологічному простору і вимірює, грубо кажучи, кількість дірок у ньому. Наявність дірки визначається неможливістю неперервно стягнути деяку замкнуту петлю в точці. Фундаментальна група є першою гомотопічною групою.
Означення
Нехай — топологічний простір, і — точка в , яку називатимемо відміченою. Розглянемо множину неперервних відображень , таких що . Такі функції називаються петлями в точці .
- Дві петлі і вважаються еквівалентними, якщо вони гомотопні одна одній. Відповідні класи еквівалентності називаються гомотопічними класами.
- Добутком двох петель називається петля, що визначається їх послідовним проходженням:
- Оберненою до петлі є петля
- для . Одиничною петлею буде для кожного .
Добутком двох гомотопічних класів і називається гомотопічний клас добутку петель. Множина гомотопічних класів петель з таким добутком стає групою. Одиницею групи є клас тотожної, або нерухомої петлі, оберненим елементом — клас петлі, пройденої у зворотному напрямі. Ця група і називається фундаментальною групою простору з відміченою точкою і позначається .
Усі подані вище означення мають сенс оскільки виконується:
- Якщо і , то .
- Для виконується .
- Для довільної петлі існує і .
Якщо — лінійно зв'язний простір, то з точністю до ізоморфізму фундаментальна група не залежить від відміченої точки. Тому для таких просторів можна писати замість не боячись викликати плутанину.
Приклади
- У , є тільки один гомотопічний клас петель. Отже, фундаментальна група тривіальна, тобто .
- Одновимірні сфери (кола). Кожен гомотопічний клас складається з петель, які навиваються на коло задану кількість разів, яка може бути додатною або від'ємною залежно від напряму. Отже, фундаментальна група одновимірної сфери ізоморфна .
- Фундаментальна група орієнтованої замкнутої поверхні роду може бути задана твірними з єдиним співвідношенням: .
- Фундаментальною групою графу «вісімки» є вільна група з двома породжувальними елементами.
Властивості
- Вільні групи і лише вони можуть бути реалізовані як фундаментальні групи графів.
- Довільна група може бути реалізована як фундаментальна група двовимірного клітинного комплексу.
- Довільна скінченно задана група може бути реалізована як фундаментальна група замкнутого 4-вимірного многовиду.
Посилання
- Фундаментальна група на сайті PlanetMath
Див. також
Література
- Isadore Singer and John A. Thorpe, Lecture Notes on Elementary Geometry and Topology, Springer-Verlag (1967) ISBN 0-387-90202-3
- Allen Hatcher, Algebraic Topology, Cambridge University Press (2002) ISBN 0-521-79540-0