Séminaire Henri Cartan H. C ARTAN Sur le foncteur Hom(X,Y ) en théorie simpliciale Séminaire Henri Cartan, tome 9 (1956-1957), exp. no 3, p. 1-12 <http://www.numdam.org/item?id=SHC_1956-1957__9__A3_1> © Séminaire Henri Cartan (Secrétariat mathématique, Paris), 1956-1957, tous droits réservés. L’accès aux archives de la collection « Séminaire Henri Cartan » implique l’accord avec les conditions générales d’utilisation (http://www.numdam.org/legal.php). Toute utilisation commerciale ou impression systématique est constitutive d’une infraction pénale. Toute copie ou impression de ce fichier doit contenir la présente mention de copyright. Article numérisé dans le cadre du programme Numérisation de documents anciens mathématiques http://www.numdam.org/ 3-01 1956/57. Séminaire H, Exposé Hom(X,Y) SUR LE FONCTEUR Erratum à l’Exposé Page 1-08, EN . lignes 5 et 6 entre les bas, rajouter le texte suivant : Serre équivaut à dire que l’applica- de au sens du .N.B. : Ce qui suit est la rédaction d’un rattache à celui de l.-~ Le-foncteur Soient l’Exposé 1, défini comme X l’Exposé Exposé qui n’a jamais 2). simpliciaux (on deux ensembles Y On leur attache un généralement, n simpliciales du ~ d.f i est X dans Hom n (X’Y) x X r,0 ~ n est par dé- Y. (ensemble des éléments X,Y) , .ensemble des applications Rappelons que 0394n désigne l’ensemble Ho: G (Q, n x dans Y , éléments de dimension p sont les applications croissantes ( 09 ~, ~ ... 9 p ) dans la suite ( ~a 1 ~ ... 9 n) 9 les et de dégénérescence, dans 0394 , sont définies comme suit : n où ~. : (091~...~p~~.)-~-~(~~lg...9p) l’application composée l 1 de la suite est strictement Croissante et composée Hom(X~:Y) ~ de pour tout entier est ses 0 de produit 0394n, (au Sens large ) f opérations de face de simplicial Hom(X,Y) , applications simpliciales de simplicial suivant : terminologie ° finition l’ensemble des de dimension utilise la nouvel ensemble ensemble des éléments de dimension Plus lieu. Le sujet 1. suit : . eu Hom(X,Y). et page SIMPLICIALE. i.~ tion continue est fibrée se THÉORIE ~° 3 où 03C3i : ne prend Observons que les applications et . i 9 (0,1,...,p+1)~(0,1,...,p) tive et prend deux fois la valeur ~, p pas la valeur i . s.f est 1 . l’application est croissante et surjec- . et d p+~ -~ ~, p , notées définissent des applications encore c~.. 1 et ~r . a. 9 et dont la première, par ost définie comme suit : à exemple, (0,1,...,p-1) de dimension (O~l,...~~.i-.-~, (~~~9...9p~. Nous achever de définir conne et d. : si elle associe Hom n h f : est x une application simpliciale, -e à i. : 0394n-1 n- dont la première est induite par 03C3i : 0394n+1 et les s. une ainsi définis satisfont est défini application simpliciale ; notée associe l’élément de est une on Hom(Xyg) , Hom (X~Y’) aux comme tion Hom première est s, i e.st i l’applica- immédiat que les (Exposé 1, di relations (l)). simplicial. Soit alors g : une application simpliciale Hcm(X,Y) ensemble lui associe et définie suit : à corme défini par l’application f 6 composée (X’,Y) f ~ Hom défini pax° l’application est induite par n c ompo sée h , On vérifie que associe (X,Y) , Hom(h,Y) Ham(h,Y) . est une applica- simpliciale. Enfin, que ùn . De même, identités voulues suit : à dont la est g) est une . l’élément de d.f application simpliciale, De même, si h : application simpliciale, on définit une application simpliciale Il est itmnédiat que X’ ~ X f: . est induite pa.r Ainsi o s. : première composée tion l’application 03B4i (X,Y) 1’application composée dont la (0,1,...,q) ~ f : dégénérescence de face et de Par définition p-1 , élément Pour pour tout entier "ensemble simplicial", on doit définir les déjà défini l’ensemble avons opérations de 0394 q ~ un on vérifie facilement que toutes les conditions sont satisfaites pour et Hom(h,Y) définissent Hom(X,Y) comme foncteur des deux variables X nant (à Y et catégorie catégorie des valeurs dans la ses contravariant en et covariant X 9 simpliciaux), des ensembles valeurs dans la ensembles simpliciaux ; ce foncteur prefoncteur est Y . en applications naturelles. 2.- Quelques X,Y,Z trois ensembles simpliciaux ; Soient on v.~ définir application une simpliciale : qui on est naturelle vis-à-vis de veut associer si u E de Z (de dimension ainsi associée à f et par suite sont de dimension et g, à deux h:~n x h(u,x) p , On vérifie que si p~, on applications simpliciales x---~ Z; par définition, est l’élément g(u,f(u,x)) l’application note h on a l’application X Hom(X,Y) ensembles simpliciaux Hom(X,Z). cela, application simpliciale une et x ~ X a Pour est et Hom(Y,Z) dans du produit l’ensemble simplicial application simpliciale une des Elle est évidenmcnt naturelle. On vérifie que sembles En l’application §£ est associative : si X,Y,Z,T sont des ensimpliciaux, et si f E Homn (X,Y) , g ~ Homn (Y9 Z) ? h C Homn (Z,T) , on a particulier, une application simpliciale on a . ’ Hom(X,X) qui fait de Hom(X,X) un monoïde simplicial. monoide pour la loi de composition dégénéré n X ~ fois de l’élément neutre de l’application identique Hom(X,X) , ~ x X-4 X. Le monolde simplicial et ce Pour monolde Hom est chaque n, Homn(X,X) possède ce un un élément neutre~ dernier n’est autre que . opère à gauche dans l’ensemble Hom(X,Y) ; le monoïde simplicial Hom(Y,Y) opère plicial Hom(X,Y) . simplicial à droite dans l’ensemble sim- Soient à nouveau trois ensembles simpliciaux X,Y, Z. On va définir bi- une jection naturelle (1) Hou x Y,Z) ~ Homo(X,Hom(Y,Z)) . , Soit d t abord une lui associer application simpliciale application simpliciale hf: va être une application simpliciale à savoir celle comme suit : soit x ~ une xn9 ’ couple d’éléments (u,y) de degré p avec (u E 0394n, y é Y ) , associe l’élément f(ù(x),y) E Z , où il désigne l’application simpliciale X -4 X définio par u : É -- Ô , On vérifie que g ainsi définie n n x à qui, un p est bien p application simpliciale, et que l’application x -x gx de X dans Hom(Y,Z) est simpliciale : c’est l’application hf cherchée. En sens inverse, soit h une application simpliciale X -w Hom(Y,Z) ; si x EX, h(x) est une n et application. simpliciale 0394n Y -+ Z ; soit. un l’élément fondamental de une Y É l’image de l’application qui, l ’application h(x) par au couple (x,y) , associe z , est est un élément z é Zn; application sinpliciale une " ~ ~h . , Ainsi, on a d’une part associé à chaque f g Homo (X Y,Z) x élément un , . hf E un Xom (X,Han(Y,Z) ) ; d’autre élément sont part Y, Z). réciproques on a associé à chaque h é Hom (X,Hoà(Y,Z) ) On vérifie que les deux l’une de l’autre ; ~hf elles définissent la et bijection (i) ’ cherchée. , Appliquons maintenant bijection natUrelle Homn(X la Collection de toutes ces (( ) en x Y,Z) Hom(X remplaçant X Y, Z ) Ro Hom(X È x. n X ; on trouve En vertu de la . é par bijections (pour tous les d’ensembles simpliciaux (2) y . , HOm (Y, Z ) ) qUi est, iui aussi, naturel. n) définit un une . naturalité, isomorphisme 3.- Le foncteur THÉORÈME et les fibrations de Kan. 1.- Soit application simpliciale, fibrée au sens de Kan ensemble simplicial X , Inapplication une (Exposé 1, page-1-08). est fibrée de Kan. au sens Observons tout de suite que si seul élément en chaque dimension, COROLLAIRE du théorème 1 : complexe de Kan. (Cf$ DÉMONSTRATION si est du théorème 1.-. Elle n un va entier être assez 1, et soit notons 0394kn le sous-ensemble simplicial ~0394 n égale à Tf qui prolonge g soit Rappelons (Po,...,pn) étant où de a un technique k 1956, et p. un 1A-8). délicate . Il s’agit entier tel que un des réunion 0394n, de est Kan, alors images des applica- Supposons 2014 données relatives à tous de g . On doit montrer o et satisfait à n+1 entiers T~o h 0 non == existe une i ~ x tous nuls, sont k . Un élément de est de dimension Pour chaque entier de la forme ((p~..~p~x)~ est stable pour les chaque entier Z(q) : soit avec X application simpliciale ceux A x Z(q) A sont les suites la dimension d’un tel élément X lesquels l’un pour est = q~ -1 ~ à f . A les éléments de est nul pour ~ X qu’il éléments de l’ensemble simplicial que les Po+...+Pn-1 ; pi c’est-à-dire telles que la restriction de f q(p~~p ) P +...+P -I . qk(po,...,pn) = q)po,...,pn)- Pk , qui est ~ -1 . Pour B applications sinpiiciales qui soient compatibles, des complexe un J.C. MOORE, Lectures Notes, Princeton do prouver ceci : soit deux particulier où cas obtient le : on E considère le on un couple moins ((po,...,pn),x), Définissons l’entier l’ensemble des éléments de ~(P~~-~P )~ q * au A Il est immédiat que x X Z(q) opérateurs de face (sinon pour les opérateurs de dégénérescence) .. l’ensemble dos éléments suivants de p ~-1 ~ notons Z(q-l) ~ (a) (b) tous les éléments de (c) tous les éléments de la forme que qk(po,...,pn) = q et pk tous les . ~(P~’~P~) ~. ((po,...,pk+1 ),...,Pn tels que ((p~.~p~x) et = P ~ s po+ ° ° .+pkx), tels p . opérateurs de face. En effet, c ’est (b) ~ pour le type (c)~ cola résulte d~s est stable par les L’ensemble clair pour les éléments du type (a) ou faits suivants : du type (c) Pour de Z(q,p-l). procéder comme définir les sous-ensembles Z(q~~~ dans 0394kn par récurrence sur suit : on définira q 9 observons que pour q~~ h sur -1~ automatiquement défini puisqu’il doit être d’une façon précise, égal à g . Pour faire la récurrence sur q p pour prolonger h de Z(q) à Z(q+l), on procédera de proche en proche, en définissant h sur les sous-ensembles Z(q+l,p) pour p = -l~.~ ~ pour ,p = -1 , il n’y a pas de problème, car Z ( q+l 9 --1 ) ~ Z(q) ; il suffira donc de dire comment h de Z(q+l,p-1) à Z(q+l,p). on peut prolonger est contenu A avec de x X , donc h est . chaque étape du prolongement, on devra s’assurer que h ~ sur l’ensemble considérée est compatible avec les opérateurs de face ; est compatible les opérateurs Z(q+l,p) ; de et est dégénérescence compatible avec dans la mesure les "données où ceux-ci aux ne font pas sortir limites", c’est-à-dire h , supposé défini sur Z(q+l,p-l), peut’se prolonger à Sur les éléments du type (a) , c’est-à-dire sur Z(q), he st déjà défini ; on va choisir h sur les éléments du type (c) ~ puis, pour un élément = ((p o 9..~9p n ~~x~ du type (b) tel que Montrons comment posera, par définition : . Disons maintenant comment on va ~~p o 9...9p k +1~.,.~pn )~s x) po+. , .+pk p . Il faut Premier distinguer cas: trois choisir h tel que po hw) v A X x q alors n est dans v s.u. n’est ps,s dans 0394 x n pose Ceci exige alors deux constate que 1° n si j~p +...+p. et que ou 2° si élément du type (c) , soit distinct des entiers que j possibilités : dégénéré, nais est X? po-1,po+p1-1,...,po+...+pk- 1-1,p o+...+pk,...,po +...+p un et q+1 . Deuxième a on g(v) ; de la forme = cas : l’élément considéré - Il Y v = +...+p k-»1 +p k+1 +...+p ~ n . = élément sur un si on de x J-~p +...+p~ ~ constate que h(u) Dans tous les cas, ait la forme est donc on est u déjà ° connu, et on pose alors Troisième cédents. Soit cas ’toujours i ~ po+...+pk . Si i Z(q). Si Z(q+1,p-1). (cas général) : v l’élément on suppose qu’on n’est considéré ; dans considérons leà aucun d,v 1 si i > po+...+pk , div i ( p +...+p , d v est élément du type po+...+pk-1 cas pré- pour ou un Dans tous les cas, les éléments h(d.v) 1 aussitôt que, pour 1 1 (1 et j distincts de . des sont connus; et po+...+pk) , on a (c) on de vérifie . Autrement bilité pour que h(v) Par un Vh(v) sont f(v) , qui = d. h(v) relations aux est h(d.v) p pour h(v) lorsque défini nous avons h , ainsi prolongée satisfait opérateurs Il est immédiat que les prod.f(v) = f(div) , et puisque, aux (i.e. appartient = h(v), et est de la cause = J on J on utilise type (a) ; l’entraînera si "premier cas"~ ce où tibilité est du v derniors ces ne avec les font pas fait cette vérification. hypothèse, par et v est du on a si est du avec de la =. g(v) relation si il suffit de le vérifier si v déjà acquis cas se où si type (a) est du type v (c), (5) qui en examinant les type (b). Or si h(v) = g(v) v v " type (c). du X ; c’est vf type (c), type (c), on est du est du ; dans le deuReste le cas servi à définir a qui vient d’être établi pour les éléments Il faut ensuite vérifier la C’est mesure compatible compatibilité de f et de g s.f(u) = f ( sJ .u) . J J sert alors se Soit ensuite à vérifier que est du vraie, la vérifie si on on a est du v f(v) ,Z(q)) 9 à cas, c’est vrai à xième cas, où la et ost ci-dessus : dans le troisième cas, c’est vrai par construction 9 dans le cas premier limites", aux Indiquons rapidement comment La relation trois "données existe bien Il reste à vérifier que E v dégénérescence (dans de face et de sortir de . aux o +...+p k 9 connu. égales respectivement = compati- E . L’élément inconnu E ~B est fibrée au sens de Kan, il hypothèse, l’application élément h(v) ~. E satisfaisant à toutes les conditions imposées. Ainsi du conditions nécessaires de aux soient les faces d’un même élément de ce il faut que outre, jections satisfont justement satisfaire doit en h(d.v) les dit, vrai si car alors v (5) est dans le par construction. opérateurs de face. v du type (b), cela résultera est du type (c). Examinons le cas où v est du type (c) : la compaest vraie par construction, puisque la relation (5) a été utilisée pour définir h compatibilité de h type (a). Si v est sur les éléments du d. z h( (p ~ .o ...’ p k +1, ..., p ) ! n , s po+...+pk = ((p , ° ...,p~+1, ...,p n ), S x) avec les type (b). Il reste à examiner les Si l’élément x) pour i -fi p o +...+p . k est dans le premier cas, tout va bien v = puisque , compatible avec les opérateurs de, face ; dans le second cas, tout revient à vérifier l’égalité d. s .h(u) h(dn s .u) : la vérification est triviale si i = j g est = ou i = mier j+1, car alors les deux membres sont membre est égal à s ~ .~ égaux à h(u) ; = si i j , qui le pre- est bien égal . à h(d,isj,u) j vérification analogue si est vraie pàr tion d.h(v) h(d.v) i i = 1 le 7 j+1. Enfin, dans troisième cas, la rela- construction. opérateurs de é dégénérescence. Ija question est cell,;-ci : soit vt 0394n X tel que si v Z(q+1;p), s.h(v). h(s.v) v - d.s.v E Z(q+1>p) j on doit vérifier que ce qui entraîne que 1 1 terminer, Pour . d.oit vérifier la on h compatibilité dç avec les x = ~ i 1 C’est Vrai , par hypothèse, Alors s,v i i où est du s.v i type (c) mômo de = v , et s h(v) s , i h (v) du s , iv é si on n’est pas du type et celui où il est du (a) , supposera donc que et on doit donc examiner le type (b) . _ on que s v 1 est dans le Sinon, l’élément sv soit du type (c) : "premier cas" ; est dans le si s,vf alors h(siv) X , n 1 en sont tous égaux aux p , sauf pour i une valeur on a de j (pour laquelle Il reste donc à exaniner successivement les cas (1) et est de = = = "deuxième ca.s", et il h(s,v) par.construction. ce qui implique que que s.v soit du type (b) ,i Supposons maintenant . type (a) ou du type (b) . Il y a deux cas possibles: (ii) . plJ = = est v p J.+l) . (1) , Dans le cas ’ . on a cas . , supposons d’abord - . . Dans le le où cas cas (ii), analogues (on les calculs sont et celui où i ~’ p o +.. ,+p k--l B’ et soit b EB ; on . simplicial de B engendré par un sommet fibro correspondante de l ’application fibrée 03C0 ; F 03C0-1(B’) = la F est la fibre au-dessus de envoie X dans au-dessus de y 2.- Soit soit E un Y simplicial de l’ensemble simplicial X , l’application naturelle et de Kan. été énoncé a (suite). sous-ensemble un complexe de.Kan. Alors au sens (Ceci la fibre et les fibrations de Kan THEOREME . y C Hom (XpB) b . Considérons l’élément B’ . Dans l’application fibrée est évidemment 4.- Le foncteur est fibrée achevée. le sous-ensemble dit que qui séparément i ~ p o *.. ,p ) k .. La démonstration du théorème 1 est ainsi REMARQUE. - Soit doit discuter sans démonstration par MOORE, loc, cit.~,~ . DEMONSTRATION.- Elle est tout à fait senblable à celle du théorème 1. On utilise Z(q) les s’agit et les Z(q,p) exactenent comme façon précise ., il applications simpliciales ci-dessus. D’une de prouver ceci : supposons données deux restriction à Dk x ~E existe .une application simpliciale telles que et g aient même f g Dans (3) tion Pour la démonstration définir h A dans ~ troisième pour pour du théorème 1, on se contentera de romplacer la condi- par la suivante : le X y ; on veut montrer qu’il qui prolonge à la fois f et . plus. haut : x x ou cas premier (qui cas élément du type (c)~ on distinguera trois cas, comme est celui où l’élément considéré est dans Y ~ le second est celui où sur un x exclut les deux i ~ p +...+p. ~ et grâce au h(v) un élément de E tel précédents), fait que que E d.h(v) on est = dégénéré ; enfin dans le connaît déjà les éléments h(div) v est un complexe de pour i~ h(d.v) Kan, p on choisit +...+Pk . Les vérifications finales sont alors les mêmes que dans la démonstration du théorème 1. 5.- Compléments. Reprenons la bijection (1) La ùu B x projection canonique dans paragraphe 2, définit ainsi XB particulier : un cas une application simpliciale injection (pour dès raisons fonctorielles évidentes). Ceci identifie et on explicite facilement cette B à un sous-ensemble simplicial de identification: à chaque b ~ Bn on associo l’ application simpliciale 0394 n X X~ B q B 0, n X X~0394n, et de l’application simpliciale composée do la projection qui est une n définie par b ~ Bn . , Revenons alors à la situation du théorème 1 : soit plicial Hom(X,E), image réciproque de Y le sous-ensemble sim- B ~ Hom(X,B) du sous-ensemble par 1’ap-- plication fibrée on a ainsi un.élément un une application fibrée : Y~ B . on interprète Y comme suit : telle qu’il existe est une application simpliciale 0394n n X Y n diagramme commutatif: , où la première flèche verticale désigne la projection deuxième fléché horizontale définit un élément par l’application fibrée ~: Y2014~B . Examinons le cas particulier important où située au-dessus d’un sommet pliciales (éventuellement la même fibre). F se dans Le fait que qui est une l’image F compose des du fibre applications autre fibre du fibre l’application de ~o: Y2014~B E sim- E 2014~ B est fi- implique aussitôt ceci : étant donnés un élément b. 6- B. (un = "chemin" de B) tel que b y et l’élément y qui correspond à l’injection canonique de F sur la fibre au-dessus de b , il existe une application. brée . sur la fibre Bn ’ alors la X~0394 ; est la fibre X Y B . Alors qui envoient F -~ E b ~ 0394n au sens simpliciale de Kan y : A x F~E telle que d y = yo et = alors doy1 application simpliciale de F dans la fibre au-dessus du sommet db cette application dépend du choix de y ~ mais deux choix quelconques définissent est une 3-12 des applications homotopes, d’homotopie de l’application de F dans sommet bl et de la classe que du dépend -~ ~ ~ et la classe la fibre au-dessus de d b. = b’ ne o 1 o d’homotopie du "chemin" b d’extrémités lier que deux fibres de une même composante E connexe Ces résultats sont et b b’ . Il en résulte situées au-dessus de deux sommets de de ont même B, analogues aux en particu- situés dans B type d’homotopie simplicial. résultats classiques relatifs des au cas ’ fibrés topologiques ~u sens Enfin, toujours . avec de Serre. les mêmes notations, on a un diagramme commutatif où la première flèche verticale est l’application définie par la fibration Y-4B (c’est donc une application fibrée), la seconde flèche horizontale est la projection naturelle, et le première application horizontale est celle induite par l’application naturelle cette dernière en prenant sion peut pour U (alors laisse On au lecteur le se déduire de l’application % du paragraphe 2 : simplicial ayant un seul. élément dans chaque dimens’identifie à F ~ et Hom (U,E) s’identifie à E). On soin de vérifier la commutativité du diagramme (D). un ensemble pourrait aussi déduire (6) de la bijection (1) du paragraphe 2, en y pre- nant alors à l’élément canonique identique d’où l’application (6). (Hom(F,E), de correspond un (à élément de Hom " ’ savoir l’application x o F,E) ,