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Kurs:Riemannsche Flächen (Osnabrück 2022)/Arbeitsblatt 7/latex

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\setcounter{section}{7}




\inputaufgabe
{}
{

In einer Wand befinden sich zwei Nägel, an denen eine Halskette aufgehängt werden soll. Wie kann man die Kette aufhängen, dass, sobald man nur einen der Nägel herauszieht, die Kette herrunterfällt?

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $X$ ein \definitionsverweis {topologischer Raum}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ x,y }
{ \in }{X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Zeige, dass die \definitionsverweis {Homotopie von Wegen}{}{} eine \definitionsverweis {Äquivalenzrelation}{}{} auf der Menge der \definitionsverweis {stetigen Wege}{}{} von $x$ nach $y$ ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $X$ ein \definitionsverweis {topologischer Raum}{}{.} Zeige, dass die Verknüpfung von stetigen Wegen \maabbdisp {\gamma,\delta} {[0,1] } {X } {} durch Hintereinanderlegung zu einer wohldefinierten Verknüpfung auf den \definitionsverweis {Homotopieklassen von Wegen}{}{} führt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $X$ ein \definitionsverweis {topologischer Raum}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ x }
{ \in }{ X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Zeige, dass die Verknüpfung eines stetigen geschlossenen Weges $\gamma$ mit Aufpunkt $x$ mit dem konstanten Weg $x$ \definitionsverweis {homotop}{}{} zu $\gamma$ ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $X$ ein \definitionsverweis {topologischer Raum}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ x,y }
{ \in }{X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Es sei \maabbdisp {\gamma} {[0,1]} {X } {} ein \definitionsverweis {stetiger Weg}{}{} von \mathkor {} {x} {nach} {y} {} und sei
\mathl{\gamma^{-1}}{} der umgekehrt durchlaufene Weg, also
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \gamma^{-1}(t) }
{ \defeq }{ \gamma(1-t) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Zeige, dass die \definitionsverweis {Verknüpfung}{}{}
\mathl{\gamma \gamma^{-1}}{} \definitionsverweis {homotop}{}{} zum konstanten Weg $x$ ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $X$ ein \definitionsverweis {topologischer Raum}{}{} und seien
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ x,y }
{ \in }{ X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} Punkte. Es seien $\gamma_1$ und $\gamma_2$ \definitionsverweis {homotope Wege}{}{} von $x$ nach $y$. Zeige, dass auch die Rückwege $\gamma_1^{-1}$ und $\gamma_2^{-1}$ zueinander homotop sind.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $X$ ein \definitionsverweis {topologischer Raum}{}{} und
\mathl{x \in X}{.} Zeige, dass die \definitionsverweis {Verknüpfung}{}{} von \definitionsverweis {Homotopieklassen}{}{} \definitionsverweis {geschlossener Wege}{}{} mit Aufpunkt $x$ \definitionsverweis {assoziativ}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $X$ ein \definitionsverweis {topologischer Raum}{}{} und \maabbdisp {\gamma} {S^1} {X } {} ein \definitionsverweis {stetiger}{}{} \definitionsverweis {geschlossener Weg}{}{.} Zeige, dass $\gamma$ genau dann \definitionsverweis {nullhomotop}{}{} ist, wenn es eine stetige Fortsetzung von $\gamma$ auf die \definitionsverweis {abgeschlossene Kreisscheibe}{}{} gibt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass der $\R^n$ \definitionsverweis {kontrahierbar}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $X$ ein \definitionsverweis {wegzusammenhängender}{}{} \definitionsverweis {topologischer Raum}{}{} und seien
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ x,y }
{ \in }{ X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} Punkte. Zeige, dass die \definitionsverweis {Fundamentalgruppen}{}{} und \mathkor {} {\pi_1(X,x)} {und} {\pi_1(X,y)} {} zueinander \definitionsverweis {isomorph}{}{} sind.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei \maabb {\varphi} {X} {Y } {} eine \definitionsverweis {stetige Abbildung}{}{} zwischen \definitionsverweis {topologischen Räumen}{}{} und
\mathl{x \in X}{} mit
\mathl{\varphi(x)= y}{.} Zeige, dass die Zuordnung
\mathdisp {\gamma \mapsto \varphi \circ \gamma} { }
eine wohldefinierte Abbildung auf der Menge der \definitionsverweis {Homotopieklassen}{}{} \definitionsverweis {geschlossener Wege}{}{} \zusatzklammer {mit Aufpunkt $x$ bzw. $y$} {} {} induziert.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei \maabb {\varphi} {X} {Y } {} eine \definitionsverweis {stetige Abbildung}{}{} zwischen \definitionsverweis {topologischen Räumen}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ x }
{ \in }{ X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \varphi(x) }
{ = }{ y }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Zeige, dass die Zuordnung
\mathdisp {\gamma \mapsto \varphi \circ \gamma} { }
zu einem \definitionsverweis {Gruppenhomomorphismus}{}{} \maabbdisp {} {\pi_1(X,x)} {\pi_1(Y,y) } {} führt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass bei
\mathl{n \geq 3}{} der
\mathl{\R^n \setminus \{P\}}{} \definitionsverweis {einfach zusammenhängend}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige explizit, dass der \definitionsverweis {stetige Weg}{}{} \maabbeledisp {} { [0,2 \pi] } { {\mathbb C}^2 \setminus \{(0,0) \} } {s} { \left( e^{ { \mathrm i} s} , \, 1 \right) } {,} \definitionsverweis {nullhomotop}{}{} ist.

}
{} {}


Es sei $G$ eine \definitionsverweis {Gruppe}{}{,} dann heißt die von
\mathdisp {{ \left\{ ghg^{-1}h^{-1} \mid g, h \in G \right\} }} { }
erzeugte Gruppe die \definitionswort {Kommutatoruntergruppe}{} $[G,G]$ von $G$.





\inputaufgabe
{}
{

Es sei $G$ eine \definitionsverweis {Gruppe}{}{.} Zeige, dass $G$ genau dann \definitionsverweis {kommutativ}{}{} ist, wenn die \definitionsverweis {Kommutatoruntergruppe}{}{}
\mathl{K(G)}{} trivial ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es seien \mathkor {} {G} {und} {H} {} \definitionsverweis {Gruppen}{}{} und sei \maabbdisp {\varphi} {G} {H } {} ein \definitionsverweis {Gruppenhomomorphismus}{}{.} Zeige die Beziehung
\mathl{\varphi (K(G)) \subseteq K(H)}{.}

}
{} {}


Zu einer \definitionsverweis {Gruppe}{}{} $G$ heißt die \definitionsverweis {Restklassengruppe}{}{}
\mathl{G/K(G)}{,} wobei
\mathl{K(G)}{} die \definitionsverweis {Kommutatorgruppe}{}{} von $G$ bezeichnet, die \definitionswort {Abelianisierung}{} von $G$.