2024年1月21日日曜日

460: カバリングマップ(写像)に対して、パスコネクテッド(連結された)ローカルにパスコネクテッド(連結された)トポロジカルスペース(空間)からのコンティニュアス(連続)マップ(写像)のリフトが存在するための条件

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カバリングマップ(写像)に対して、パスコネクテッド(連結された)ローカルにパスコネクテッド(連結された)トポロジカルスペース(空間)からのコンティニュアス(連続)マップ(写像)のリフトが存在するための条件の記述/証明

話題


About: トポロジカルスペース(空間)

この記事の目次


開始コンテキスト



ターゲットコンテキスト



  • 読者は、任意のカバリングマップ(写像)に対して、任意のパスコネクテッド(連結された)ローカルにパスコネクテッド(連結された)トポロジカルスペース(空間)からの任意のコンティニュアス(連続)マップ(写像)のリフトが存在するためのある条件の記述および証明を得る。

オリエンテーション


本サイトにてこれまで議論された定義の一覧があります。

本サイトにてこれまで議論された命題の一覧があります。


本体


1: 記述


任意のコネクテッド(連結された)でローカルにパスコネクテッド(連結された)トポロジカルスペース(空間)たちT1,T2、任意のカバリングマップ(写像)π:T1T2、それが意味するのは、πはコンティニュアス(連続)でサージェクティブ(全射)で任意のポイントpT2の周りにあるネイバーフッド(近傍)NpT2があり、それはπによってイーブンにカバーされている、任意のパスコネクテッド(連結された)ローカルにパスコネクテッド(連結された)トポロジカルスペース(空間)T3、任意のコンティニュアス(連続)マップ(写像)f:T3T2に対して、任意のポイントp0T3および各ポイントp0π1(f(p0))に対して、fの以下を満たすあるリフトf~:T3T1、つまり、f~(p0)=p0、がある、もしも、f(π1(T3,p0))π(π1(T1,p0))、ここで、fおよびπfおよびπによってインデュースト(誘導された)ファンダメンタルグループホモモーフィズム(準同形写像)たちでπ1たちはファンダメンタルグループ(群)たち、である場合、そしてその場合に限って。


2: 証明


サブスペース(部分空間)π1(Np)は複数のコネクテッド(連結された)コンポーネントたち、それぞれπ1(Np)αと表記される、ここで、αAp、ここで、Apはアンカウンタブル(不可算)かもしれないインデックスたちセット(集合)、からなるかもしれない。

あるオープンネイバーフッド(開近傍)UpT2Npとして取ることができる、なぜなら、もしも、Npがオープン(開)でなければ、あるオープンネイバーフッド(開近傍)UpNpがあり、それは、各π1(Up)απp,α:=π|π1(Up)α:π1(Up)αUpによってホメオモーフィック(位相同形写像)である、なぜなら、πp,αは明らかにバイジェクティブ(全単射)であり、ドメイン(定義域)およびコドメイン(余域)をそれぞれπ1(Np)αおよびNpのサブスペース(部分空間)たちとみなしてコンティニュアス(連続)である、コンティニュアス(連続)π|π1(Np)α:π1(Np)αNpのリストリクション(制限)として、任意のコンティヌアス(連続)マップ(写像)の、ドメイン(定義域)およびコドメイン(余域)についてのリストリクション(制限)はコンティヌアス(連続)であるという命題によって、そして、そのインバース(逆)はドメイン(定義域)およびコドメイン(余域)を同様にみなしてコンティニュアス(連続)である、コンティニュアス(連続)π|π1(Np)α1のリストリクション(制限)として、同様に、しかし、トポロジカルサブスペース(部分空間)たちの任意のネストにおいて、任意のサブスペース(部分空間)上の任意のサブセット(部分集合)のオープン(開)性は、当該サブスペース(部分空間)がサブスペース(部分空間)とみなされる元のスーパースペース(空間)に依存しないという命題によって、それらマップ(写像)たちはドメイン(定義域)およびコドメイン(余域)をそれぞれT1およびT2のサブスペース(部分空間)たちとみなしてもコンティニュアス(連続)である。

f(π1(T3,p0))π(π1(T1,p0))であると仮定しよう。

任意のポイントpT3に対して、T3はパスコネクテッド(連結された)であるから、以下を満たすあるパスλp:IT3、つまり、λp(0)=p0およびλp(1)=p、がある。fλp:IT2T2上のパスであり、fλp(0)=f(p0)およびfλp(1)=f(p)fλpの以下を満たすユニークなリフトfλp~:IT1、つまり、fλp~(0)=p0、がある、任意のカバリングマップ(写像)に対して、任意のクローズド(閉)リアル(実)インターバル(区間)からの任意のコンティニュアス(連続)マップ(写像)のユニークなリフトが各初期値に対してあるという命題によって。f(p):=fλp~(1)を定義しよう。

p=p0である時は、λpはコンスタントパスと取ることができ、fλpはコンスタントパスであり、fλpの以下を満たすユニークなリフト、つまり、fλp~(0)=p0、はコンスタントパスであり、したがって、f(p0)=fλp~(1)=p0

f(p)λpの選択に依存しないことを確かめよう。

以下を満たす任意の別のパスλp:IT3、つまり、λp(0)=p0およびλp(1)=p、に対して、lp:=λpλp、ここで、オーバーラインはリバース(反転)パスを示す、は、T3上の、p0から開始するループである。f([lp])f(π1(T3,p0))π(π1(T1,p0))、それが意味するのは、T1上の、p0から開始する以下を満たすあるループlp:IT1、つまり、f([lp])=π([lp])、があるということ、それが意味するのは、[flp]=[πlp]、それが意味するのは、flpπlp、ここで、はパスホモトピックであることを意味する。

以下を満たすユニークなリフトπlp~、つまり、πlp~(0)=p0、がある、任意のカバリングマップ(写像)に対して、任意のパスのユニークなリフトが、当該パスドメイン(定義域)上の任意のポイントのパスイメージ(像)のカバリングマップ(写像)プリイメージ(前像)の中の各ポイントに対してあるという命題によって、そして、πlp~=lp、なぜなら、πlp=πlpおよびlp(0)=p0

以下を満たすユニークなリフトflp~、つまり、flp~(0)=p0、がある、任意のカバリングマップ(写像)に対して、任意のパスのユニークなリフトが、当該パスドメイン(定義域)上の任意のポイントのパスイメージ(像)のカバリングマップ(写像)プリイメージ(前像)の中の各ポイントに対してあるという命題によって、flp~lp任意のパスホモトピックパスたちのリフトたちで任意の同一ポイントから開始するものたちはパスホモトピックであるという命題によって。flp~はループである。flp=f(λpλp)=(fλp)(fλp)=(fλp)(fλp)。したがって、flp~=(fλp)(fλp)~=(fλp)~(fλp)~、ここで、(fλp)~(0)=(fλp)~(1)任意のカバリングマップ(写像)に対して、プロダクト(積)が存在する任意の2つのパスたちのプロダクト(積)のリフトはパスたちの、プロダクト(積)が存在するリフトたちのプロダクト(積)であるという命題によって、しかし、(fλp)~=(fλp)~任意のカバリングマップ(写像)に対して、任意のパスのリバース(反転)のリフトは当該パスのリフトのリバース(反転)であるという命題によって。したがって、(fλp)~(1)=(fλp)~(0)=(fλp)~(0)=(fλp)~(1)

したがって、f(p)λpの選択には依存しない。

πf(p)=πfλp~(1)=fλp(1)=f(p)

fはコンティニュアス(連続)であることを確かめよう。

任意のポイントpT3に対して、f(p)のあるイーブンにカバーされたオープンネイバーフッド(開近傍)Uf(p)T2およびπ1(Uf(p))αf(p)π1(Uf(p))αを満たすものがある。fはコンティニュアス(連続)でありT3はローカルにパスコネクテッド(連結された)であるから、以下を満たすあるオープンパスコネクテッド(連結された)ネイバーフッド(近傍)UpT3、つまり、f(Up)Uf(p)、がある。任意のポイントpUpに対して、ppへコネクト(連結)するあるパスλp,p:IUpがある。パスλp=λpλp,pを取ろう。f(p)=fλp~(1)=f(λpλp,p)~(1)=(fλp)(fλp,p)~(1)=fλp~fλp,p~(1)で、fλp,p~(0)=fλp~(1)=f(p)任意のカバリングマップ(写像)に対して、プロダクト(積)が存在する任意の2つのパスたちのプロダクト(積)のリフトはパスたちの、プロダクト(積)が存在するリフトたちのプロダクト(積)であるという命題によって。

fλp,p(I)Uf(p)であるので、fλp,p~(I)π1(Uf(p))α、なぜなら、fλp,p~(r)π1(Uf(p))を満たすようなrIはない、なぜなら、そうでなければ、πfλp,p~(r)=fλp,p(r)Uf(p); もしも、fλp,p~(r)π1(Uf(p))αを満たすようなあるrIが、あるααに対してあれば、fλp,p~(I)π1(Uf(p))どの1つのコネクテッド(連結された)コンポーネント内にも包含されていないということになるから、fλp,p~(I)π1(Uf(p))上でコネクテッド(連結された)ではないということになり、したがって、T1上でコネクテッド(連結された)ではないということになる、それがコネクテッド(連結された)Iのコンティニュアス(連続)イメージ(像)としてコネクテッド(連結された)であることに反する矛盾。

したがって、f(p)=fλp~fλp,p~(1)=fλp,p~(1)π1(Uf(p))α。したがって、f|Up=πp,α1f|Up、コンティニュアス(連続)。T3上の任意のポイントにおいてあるオープンネイバーフッド(開近傍)があってそこでfはコンティニュアス(連続)であるから、fT3上でコンティニュアス(連続)である、任意のトポロジカルスペース(空間)間マップ(写像)はコンティヌアス(連続)である、もしも、そのマップ(写像)の、ドメイン(定義域)の、アンカウンタブル(不可算)でもよいあるオープンカバー(開被覆)の各オープンセット(開集合)、への、ドメイン(定義域)リストリクション(制限)がコンティヌアス(連続)である場合、という命題によって。

したがって、ffの以下を満たすあるリフトf~、つまり、f~(p0)=p0、である。

以下を満たすあるリフトf~、つまり、f~(p0)=p0、があると仮定しよう。

以下を満たす任意のループl:IT3、つまり、l(0)=l(1)=p0、に対して、f([l])=[fl]l:=f~l:IT1を定義しよう。l(0)=l(1)=f~l(0)=f~(p0)=p0=f~l(1)=f~(p0)πl=πf~l=fl。したがって、π([l])=[πl]=[fl]。したがって、f(π1(T3,p0))π(π1(T1,p0))


参考資料


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