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Kurs:Riemannsche Flächen (Osnabrück 2022)/Arbeitsblatt 6/latex

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\setcounter{section}{6}






\zwischenueberschrift{Aufgaben}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass die Abbildung \maabbeledisp {} {\R } { S^1 } {t} { { \left( \cos t , \sin t \right) } } {,} eine \definitionsverweis {Überlagerung}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es seien \maabbele {\varphi_n} { {\mathbb C} ^{\times} } { {\mathbb C} ^{\times} } {w} {w^n } {,} und \maabbele {\varphi_k} { {\mathbb C} ^{\times} } { {\mathbb C} ^{\times} } {y} {y^k } {,} Potenzüberlagerungen im Sinne von Beispiel 6.2. Charakterisiere, wann es eine \definitionsverweis {stetige Abbildung}{}{} \maabbdisp {\theta} { {\mathbb C} ^{\times} } { {\mathbb C} ^{\times} } {} gibt, die mit den Potenzabbildungen kommutiert. Ist in diesem Fall $\theta$ ebenfalls eine Überlagerung?

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ P }
{ \in }{ {\mathbb C} [Z] }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein Polynom vom Grad $\geq 2$ und sei \maabbeledisp {\varphi} { {\mathbb C} } { {\mathbb C} } {z} { P(z) } {,} die zugehörige Abbildung. Zeige, dass $\varphi$ keine \definitionsverweis {Überlagerung}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ P }
{ = }{z^2+z+1 }
{ \in }{ {\mathbb C} [Z] }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und sei \maabbeledisp {\varphi} { {\mathbb C} } { {\mathbb C} } {z} { P(z) } {,} die zugehörige Abbildung. Bestimme den maximalen Ort
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ U }
{ \subseteq }{ {\mathbb C} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} derart, dass \maabb {\varphi} { \varphi^{-1}(U) } {U } {} eine \definitionsverweis {Überlagerung}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei \maabbele {\varphi_n} { {\mathbb C} ^{\times} } { {\mathbb C} ^{\times} } {w} {w^n } {,} die Potenzüberlagerung im Sinne von Beispiel 6.2 und \maabbele {\exp} { {\mathbb C} } { {\mathbb C} ^{\times} } {w} { \exp w } {,} die Exponentialüberlagerung im Sinne von Beispiel 6.3. Zeige, dass es eine stetige Abbildung \maabb {\theta} { {\mathbb C} } { {\mathbb C} ^{\times} } {} derart gibt, dass das Diagramm
\mathdisp {\begin{matrix} {\mathbb C} & \stackrel{ \theta }{\longrightarrow} & {\mathbb C} ^{\times} & \\ & \!\!\! \!\! \exp \searrow & \downarrow \varphi_n \!\!\! \!\! & \\ & & {\mathbb C} ^{\times} & \!\!\!\!\! \!\!\! \\ \end{matrix}} { }
kommutiert. Ist $\theta$ eine Überlagerung?

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei \maabb {p} { Y } { X } {} eine \definitionsverweis {Überlagerung}{}{} zwischen den \definitionsverweis {topologischen Räumen}{}{} \mathkor {} {Y} {und} {X} {} und sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge. Zeige, dass \maabbdisp {p {{|}}_{p^{-1} (T)}} {p^{-1} (T)} { T } {} ebenfalls eine Überlagerung ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Es sei \maabb {p} {Y} {X } {} eine \definitionsverweis {Überlagerung}{}{} von \definitionsverweis {topologischen Räumen}{}{} \mathkor {} {X} {und} {Y} {} mit $X$ \definitionsverweis {hausdorffsch}{}{.} Zeige, dass dann auch $Y$ hausdorffsch ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei \maabb {p} {Y} {X } {} eine \definitionsverweis {surjektive}{}{} \definitionsverweis {Überlagerung}{}{} von \definitionsverweis {topologischen Räumen}{}{} \mathkor {} {X} {und} {Y} {} mit $Y$ \definitionsverweis {hausdorffsch}{}{.} Zeige, dass dann auch $X$ hausdorffsch ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei \maabb {p} { Y } { X } {} eine \definitionsverweis {stetige Abbildung}{}{} zwischen den \definitionsverweis {topologischen Räumen}{}{} \mathkor {} {Y} {und} {X} {} und es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge, die sowohl \definitionsverweis {offen}{}{} als auch \definitionsverweis {abgeschlossen}{}{} sei. Zeige, dass $p$ genau dann eine \definitionsverweis {Überlagerung}{}{} ist, wenn die beiden Einschränkungen von $p$ auf
\mathl{p^{-1}(T)}{} und auf
\mathl{p^{-1}(X \setminus T)}{} Überlagerungen sind.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei \maabb {p} {Y} {X } {} eine \definitionsverweis {Überlagerung}{}{} von \definitionsverweis {topologischen Räumen}{}{} \mathkor {} {X} {und} {Y} {} und sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ Z }
{ \subseteq }{ X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge, die sowohl \definitionsverweis {offen}{}{} als auch \definitionsverweis {abgeschlossen}{}{} sei. Zeige, dass dann auch \maabbdisp {p {{|}}_Z} {Z} {X } {} eine Überlagerung ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass ein \definitionsverweis {lokaler Homöomorphismus}{}{} \maabb {p} {Y} {X } {} eine \definitionsverweis {offene Abbildung}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ U }
{ \subseteq }{ X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {offene Teilmenge}{}{} eines \definitionsverweis {topologischen Raumes}{}{} $X$. Zeige, dass die Inklusion \maabb {} {U} {X } {} genau dann eine \definitionsverweis {Überlagerung}{}{} ist, wenn $U$ \definitionsverweis {abgeschlossen}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass die punktierte komplexe Ebene
\mathl{{\mathbb C} \setminus \{0\}}{} und die punktierte \definitionsverweis {offene Kreisscheibe}{}{}
\mathl{U { \left( 0,1 \right) } \setminus \{0\}}{} nicht \definitionsverweis {biholomorph}{}{} zueinander sind.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass es bei einer \definitionsverweis {Überlagerung}{}{} \maabb {p} {Y} {X } {} zu jedem Punkt
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{x }
{ \in }{X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {offene Umgebung}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{x }
{ \in }{U }
{ \subseteq }{X }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und einen \definitionsverweis {stetigen Schnitt}{}{} \maabb {s} {U} { p^{-1}(U) } {} zu $p$ gibt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei \maabb {p} {Y} {X } {} ein \definitionsverweis {lokaler Homöomorphismus}{}{} zwischen den \definitionsverweis {topologischen Räumen}{}{} \mathkor {} {Y} {und} {X} {,} wobei $Y$ ein \definitionsverweis {Hausdorffraum}{}{} sei. Zeige, dass es dann zu einem \definitionsverweis {stetigen Weg}{}{} \maabb {\gamma} {[0,1]} {X } {} höchstens eine \definitionsverweis {stetige Liftung}{}{} \maabbdisp {\tilde{\gamma}} {[0,1]} {Y } {} gibt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei \mathkor {} {U} {und} {V} {} jeweils eine reelle Gerade, und diese werden entlang der punktierten Geraden
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{\R \setminus \{0\} }
{ \subseteq }{ U }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{\R \setminus \{0\} }
{ \subseteq }{ V }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} miteinander verklebt. Ist der entstehende Raum \definitionsverweis {Hausdorffsch}{}{?}

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $Y$ der in Aufgabe 6.16 konstruierte \definitionsverweis {topologische Raum}{}{} und sei \maabb {p} {Y} {\R } {} die natürliche Abbildung. Zeige, dass diese Abbildung ein \definitionsverweis {lokaler Homöomorphismus}{}{} ist und dass die Liftung von stetigen Wegen aber nicht eindeutig ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{






\bild{ \begin{center}
\includegraphics[width=5.5cm]{\bildeinlesung {Intervall lokale Homoeomorphie.png} }
\end{center}
\bildtext {} }

\bildlizenz { Intervall lokale Homoeomorphie.png } {} {Mgausmann} {Commons} {CC-by-sa 4.0} {}

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ Y }
{ \subseteq }{ \R^2 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} die Vereinigung der halboffenen Verbindungsstrecken $Y_n$ zu
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ n }
{ \in }{ \N_{\geq 2 } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} zwischen dem Punkt
\mathl{(0,n)}{} und dem Punkt
\mathl{\left( { \frac{ n-1 }{ n } } , \, n \right)}{.} Es sei $Y$ versehen mit der \definitionsverweis {induzierten Topologie}{}{} und sei \maabb {p} {Y} {[0,1] } {} die Projektion auf die erste Komponente. \aufzaehlungzwei {Zeige, dass $p$ ein \definitionsverweis {lokaler Homöomorphismus}{}{} ist. } {

Es sei

\maabbdisp {\gamma} {[0,1]} {[0,1] } {} der identische Weg. Zeige, dass die Einschränkung
\mathl{\gamma{{|}}_{[0,s]}}{} für jedes
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ s }
{ < }{ 1 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {stetige Liftung}{}{} besitzt, aber nicht $\gamma$ selbst. }

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ Y }
{ \subseteq }{ \R^2 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} die Vereinigung der Verbindungsstrecken $Y_n$ zu
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ n }
{ \in }{ \N_+ }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} zwischen dem Punkt
\mathl{(0,0)}{} und dem Punkt
\mathl{\left( { \frac{ n }{ n+1 } } , \, n-1 \right)}{.} Es sei $Y$ versehen mit der \definitionsverweis {induzierten Topologie}{}{} und sei \maabb {p} {Y} {[0,1] } {} die Projektion auf die erste Komponente. Es sei \maabbdisp {\gamma} {[0,1]} {[0,1] } {} der identische Weg. Zeige, dass die Einschränkung
\mathl{\gamma{{|}}_{[0,s]}}{} für jedes
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ s }
{ < }{ 1 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {stetige Liftung}{}{} besitzt, aber nicht $\gamma$ selbst.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $X$ ein \definitionsverweis {Hausdorffraum}{}{} und sei \maabbdisp {\varphi} {X} {X } {} eine \definitionsverweis {stetige Abbildung}{}{.} Zeige, dass die Menge der \definitionsverweis {Fixpunkte}{}{} von $\varphi$ \definitionsverweis {abgeschlossen}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $Y$ der in Aufgabe 6.16 konstruierte \definitionsverweis {topologische Raum}{}{.} Beschreibe einen \definitionsverweis {Homöomorphismus}{}{} \maabb {\varphi} {Y} {Y } {,} dessen \definitionsverweis {Fixpunktmenge}{}{} nicht \definitionsverweis {abgeschlossen}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei \maabb {p} {Y} {X } {} eine \definitionsverweis {Überlagerung}{}{} zwischen den \definitionsverweis {topologischen Räumen}{}{} \mathkor {} {X} {und} {Y} {.} Es sei \maabb {\varphi} {Y} {Y } {} eine \definitionsverweis {Decktransformation}{}{.} Zeige, dass zu einer Teilmenge
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} auch $\varphi {{|}}_{p^{-1} (T)}$ eine Decktransformation der Überlagerung \maabb {} {p^{-1}(T)} {T } {} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $X$ ein \definitionsverweis {zusammenhängender}{}{} \definitionsverweis {topologischer Raum}{}{} und $F$ ein \definitionsverweis {diskreter}{}{} topologischer Raum. Bestimme die \definitionsverweis {Decktransformationsgruppe}{}{} zur trivialen \definitionsverweis {Überlagerung}{}{} \maabb {p} {X \times F} {X } {.}

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei \maabb {p} {Y} {X } {} eine \definitionsverweis {Überlagerung}{}{} zwischen \definitionsverweis {komplexen Mannigfaltigkeiten}{}{.} Zeige, dass eine \definitionsverweis {Decktransformation}{}{} \maabbdisp {\varphi} {Y} {Y } {} \definitionsverweis {holomorph}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei \maabb {p} {Y} {X } {} eine \definitionsverweis {holomorphe}{}{} \definitionsverweis {Überlagerung}{}{} zwischen den \definitionsverweis {komplexen Mannigfaltigkeiten}{}{} \mathkor {} {X} {und} {Y} {.} \aufzaehlungzwei {Zeige, dass zu einer \definitionsverweis {holomorphen Funktion}{}{} \maabb {h} {X} { {\mathbb C} } {} die nach $Y$ zurückgezogene Funktion
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ g }
{ \defeq} { h \circ p }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} die Eigenschaft besitzt, dass für jede \definitionsverweis {Decktransformation}{}{} \maabb {\theta} {Y} {Y } {} die Gleichheit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ g \circ \theta }
{ =} { g }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gilt. } {Die Überlagerung sei nun \definitionsverweis {normal}{}{.} Es sei \maabbdisp {g} {Y} { {\mathbb C} } {} eine holomorphe Funktion mit der Eigenschaft, dass für jede Decktransformation $\theta$ die Identität
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ g \circ \theta }
{ = }{ g }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gilt. Zeige, dass es eine holomorphe Funktion \maabb {h} {X} { {\mathbb C} } {} mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ g }
{ = }{ h \circ p }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gibt. }

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $Y$ der in Aufgabe 6.16 konstruierte \definitionsverweis {topologische Raum}{}{} und sei \maabb {p} {Y} {\R } {} die natürliche Abbildung. Zeige, dass diese Abbildung \definitionsverweis {stetig}{}{,} \definitionsverweis {surjektiv}{}{,} \definitionsverweis {endlich}{}{} und ein \definitionsverweis {lokaler Homöomorphismus}{}{} ist, aber keine \definitionsverweis {Überlagerung}{}{.} Welche Voraussetzung von Satz 6.19 ist verletzt?

}
{} {}