Homologie de l’espace des lacets d’un
CW-complexe simplement connexe
R´esum´e
Soient Xun CW-complexe simplement connexe, x0un point de X. Soit
x0(X) l’espace des lacets de Xde longueur variable bas´es en x0. L’es-
pace des chaˆınes cubiques de Ωx0(X), CU(Ωx0(X)), admet une structure
d’alg`ebre associative. La construction cobar d´ecrite par Adams [4] per-
met de d´efinir une alg`ebre associative diff´erentielle F(C(X)). Le but est
de montrer l’existence d’un quasi-isomorphisme d’alg`ebres F(C(X))
CU(Ωx0(X)).
Sommaire
1 Homologie singuli`ere 3
1.1 Homologie singuli`ere cubique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Homologie singuli`ere simpliciale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Application d’Alexander-Whitney . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2 CW-complexes 6
3 Cog`ebres 7
4 Espace des lacets 8
4.1 Produit sur l’espace des lacets x0(X) . . . . . . . . . . . . . . . 8
4.2 Produit sur les chaˆınes de Ωx0(X) . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
5 Suites spectrales 10
5.1 Couples exacts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
5.2 Suite spectrale associ´ee `a une filtration . . . . . . . . . . . . . . . 11
5.3 Th´eor`eme de Moore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
5.4 Fibrations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
6 Construction cobar 15
6.1 L’alg`ebre diff´erentielle F(C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
6.2 Le complexe de chaˆınes CF(C) . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1
7 Th´eor`eme 20
7.1 Construction de ϕ:C(X)F(C(X)) CU(L(X)) . . . . . . . 20
7.2 Enonc´e et preuve du th´eor`eme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2
1 Homologie singuli`ere
Soit Xun espace topologique.
1.1 Homologie singuli`ere cubique
D´efinition 1.1.1. Un n-cube singulier de Xest une application continue T:
InX, o`u I= [0,1].
Un n-cube T:InXest dit d´eg´en´er´e s’il existe un entier i,1in, tel que
T(x1, ..., xn)ne d´epend pas de xi.
Soit Qn(X)le groupe ab´elien libre engendr´e par tous les n-cubes de X,Dn(X)
le sous-groupe de Qn(X)engendr´e par les n-cubes d´eg´en´er´es.
Les ´el´ements de Cn(X) = Qn(X)/Dn(X)sont appel´es les n-chaˆınes cubiques
de X.
Soit T un n-cube, n > 0. Pour 1 in, on d´efinit les (n-1)-cubes
AiT:In1X
(x1, ..., xn1)7→ T(x1, ..., xi1,0, xi, ..., xn1)
BiT:In1X
(x1, ..., xn1)7→ T(x1, ..., xi1,1, xi, ..., xn1)
D´efinition-proposition 1.1.2. Le bord d’un n-cube T est n(T) = Pn
i=1(1)i(AiT
BiT)L’op´erateur de bord n:Qn(X)Qn1(X)est un morphisme qui v´erifie :
n1n= 0
n(Dn(X)) Dn1(X)
Alors ninduit un morphisme n:Cn(X)Cn1(X)tel que n1n= 0.
On d´efinit le groupe des n-cycles Zn(X) = KernCn(X), et Bn(X) =
Im∂n+1 Zn(X).
Le n-i`eme groupe d’homologie singuli`ere cubique de X est Hn(X) = Zn(X)/Bn(X).
1.2 Homologie singuli`ere simpliciale
D´efinition 1.2.1. Le n-simplexe standard nest l’enveloppe convexe de {e0, ..., en}
dans Rn+1, avec ek= (0, ..., 0,1,0, ..., 0), le coefficient 1 ´etant `a la (k+ 1)-i`eme
place.
Un n-simplexe singulier est une application continue σ: ∆nX.
Sn(X)est le groupe ab´elien libre engendr´e par tous les n-simplexes singuliers de
X, pour n0, et S1(X) = {0}.
Les ´el´ements de Sn(X)sont appel´ees les n-chaˆınes singuli`eres de X.
Pour tous net i, on d´efinit l’application ǫi: ∆n1ntelle que :
ǫi(t0, ..., tn1) = (t0, ..., ti1,0, ti, ..., tn1) si n1
(0, t0, ..., tn1) si n= 0
3
D´efinition 1.2.2. Le bord d’un n-simplexe est
nσ=Pn
i=0 (1)iσǫn
iSn1(X)si n1
0si n= 0
Le morphisme n:Sn(X)Sn1(X)v´erifie nn+1 = 0.
Soient Zn(X) = Kernet Bn(X) = Im∂n+1(X), ce sont des sous-groupes de
Sn(X), et Bn(X)Zn(X).
Le n-i`eme groupe d’homologie singuli`ere simpliciale de X est Hn(X) = Zn(X)/Bn(X)
Remarque: Eilenberg et MacLane [3] montrent que pour tout n, le n-i`eme
groupe d’homologie singuli`ere cubique et le n-i`eme groupe d’homologie singuli`ere
simpliciale de X sont isomorphes.
1.3 Application d’Alexander-Whitney
Soient (C
, ∂),(C′′
, ∂′′) des complexes de chaˆınes.
D´efinition 1.3.1. Le produit tensoriel C=C
C′′
est le complexe de chaˆınes
d´efini par :
Cn=M
p+q=n
C
pC′′
q
On note dla diff´erentielle sur C,d′′ la diff´erentielle sur C′′. La diff´erentielle
sur Cnest d´efinie par
dn(xy) = d
p(x)y+ (1)pxd′′
q(y)pour xC
p, y C′′
q
D´efinition 1.3.2. Pour 0in, on d´efinit :
λn
i: ∆in
(t0, .., ti)7→ (t0, ..., ti,0, ..., 0)
µn
i: ∆in
(t0, .., ti)7→ (0, ..., 0, t0, ..., ti)
Proposition 1.3.3.
µd
m+kµm+k
k=µd
k
λd
n+mλn+m
n=λd
n
µn+m+k
m+kλm+k
m=λn+m+k
n+mµn+m
m
Th´eor`eme 1.3.4. (Th´eor`eme d’Alexander-Whitney)
Soient X et Y deux espaces topologiques. Soient ΠX:X×YXla projection
sur X et ΠY:X×YYla projection sur Y.
On d´efinit l’application AW :S(X×Y)S(X)S(Y)par :
AWn(σ) = X
i+j=n
σλiσ′′µj
4
o`u σ: ∆nX×Yest un n-simplexe, σ= ΠXσ, et σ′′ = ΠYσ.
L’application AW est une ´equivalence de complexes de chaˆınes qui est natu-
relle en X et Y, c’est-`a-dire que pour toutes applications continues f:X
X, g :YY, le diagramme suivant commute :
S(X×Y)AW //
(f×g)
S(X)S(Y)
fg
S(X×Y)AW //S(X)S(Y)
Proposition 1.3.5. Soient X, Y, Z des espaces topologiques.
L’application AW est coassociative, c’est-`a-dire que le diagramme suivant est
commutatif :
S(X×Y×Z)AW X×Y,Z //
AW X,Y ×Z
S(X×Y)S(Z)
AW X,Y 1
S(X)S(YZ)1AW Y,Z
//S(X)S(Y)S(Z)
emonstration. Pour tout n-simplexe σSn(X×Y×Z), montrons que
(AW X,Y 1)AW X×Y,Z σ= (1 AW Y,Z )AW X,Y ×Zσ
(AW X,Y 1)AW X×Y,Z σ= (AW X,Y 1)( X
i+j=n
ΠX×Yσλn
iΠZσµn
j)
=X
i+j=n
(AW X,Y X×Y)σλn
i)ΠZσµn
j
=X
i+j=n
(X
p+q=i
ΠXσλn
iλi
pΠYσλn
iµi
q)ΠZσµn
j
=
n
X
i=0
(X
p+q=i
ΠXσλn
pΠYσλn
iµi
q)ΠZσµn
ni
=
n
X
i=0
i
X
p=0
Xσλn
pΠYσλn
iµi
ip)ΠZσµn
ni
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