f 1 (U) = i I V i (1) f Vi : V i U Eine Überlagerung ist ein lokaler Homöomorphismus. {s S f(s) = g(s)} (2)

Ähnliche Dokumente
3. Zusammenhang. 22 Andreas Gathmann

Geometrische Mannigfaltigkeiten

Frohe Weihnachten und ein gutes neues Jahr!

Einführung in die Algebra

Topologie. Prof. Dr. Dirk Ferus. Wintersemester 2004/5

Vorlesung. Funktionen/Abbildungen 1

9. Anwendungen der Fundamentalgruppe

Projektive Moduln. Lemma/Definition 1.1. Folgende Aussagen für einen R-Modul P sind äquivalent: (i) P erfüllt folgende Liftungseigenschaft:

Wie kann man beweisen, dass (H, ) eine Gruppe ist?

TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN. Abzählbarkeit, Injektivität, Sürjektivität und Bijektivität

Induktive Limiten. Arpad Pinter, Tobias Wöhrer. 30. Jänner 2010

Algebra. Patrik Hubschmid. 8. Oktober 2013

Invariantentheorie. Vorlesung 5. Invariantenringe zu Untergruppen

2. Universelle Algebra

Ergänzungen zur Analysis I

Beispiel Wenn p ein Polynom vom Grad größer gleich 1 ist, ist q : C Ĉ definiert durch q (z) =

2.2 Nebenklassen, Normalteiler und Faktorgruppen

Extremwertverteilungen

9.2. DER SATZ ÜBER IMPLIZITE FUNKTIONEN 83

Algebraische Kurven. Vorlesung 26. Die Schnittmultiplizität

Definition 27 Affiner Raum über Vektorraum V

Mathematik 1. Lösungsvorschläge zum 2. Übungsblatt

2 3 x3 17. x k dx = x k x k+1 k +1. Mit jeder weiteren partiellen Integration reduziert sich der Grad des Faktors x n, induktiv erhalten wir also

Kombinatorische Optimierung

Minimale Darstellungen, Kommutator- und Fixräume, projektive Geometrie

Holomorphe Zusammenhänge und flache Strukturen auf holomorphen Vektorbündeln. Diplomarbeit von Sönke Rollenske

Reelle Analysis. Vorlesungsskript. Enno Lenzmann, Universität Basel. 7. November 2013

TECHNISCHE UNIVERSITÄT DRESDEN. Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften, Fachrichtung Mathematik Institut für Algebra

Kapitel 4. Euklidische Ringe und die Jordansche Normalform. 4.1 Euklidische Ringe

Lineare Algebra I. HP Butzmann. Vorlesung im HWS 09

Absolute Stetigkeit von Maßen

Qualitative Datenanalyse

Diskrete Mathematik für Informatiker

KAPITEL 0. Einführung

Übungen zum Ferienkurs Lineare Algebra WS 14/15

11. Primfaktorzerlegungen

Mathematik für Informatiker II. Beispiellösungen zur Probeklausur. Aufgabe 1. Aufgabe 2 (5+5 Punkte) Christoph Eisinger Sommersemester 2011

Zusatztutorium,

Vorlesung Endlichdimensionale Algebren. Dirk Kussin

Algebra und Zahlentheorie Wintersemester 2013/14

Kommutative Algebra. Prof. Dr. Uwe Jannsen Sommersemester Erinnerung: Ringe und Polynomringe 1. 1 Noethersche Ringe 5

3. Die Eigenschaften der reellen Zahlen II: Geordnete Körper

GNS-Konstruktion und normale Zustände. 1 Rückblick. 2 Beispiel für einen Typ-II 1 -Faktor

Wirtschaftsmathematik für International Management (BA) und Betriebswirtschaft (BA)

Mathematik für Studierende der Biologie und des Lehramtes Chemie Wintersemester 2013/14. Auswahl vorausgesetzter Vorkenntnisse

Mengensysteme, Wahrscheinlichkeitsmaße

Lösungen zu Kapitel 7

Karlsruher Institut für Technologie Institut für Algebra und Geometrie

Definition 3.1: Ein Differentialgleichungssystem 1. Ordnung

8. Quadratische Reste. Reziprozitätsgesetz

Fraktale Geometrie: Julia Mengen

34 5. FINANZMATHEMATIK

1 Gruppen: Definition und erste Eigenschaften

Übungen zur Ingenieur-Mathematik III WS 2009/10 Blatt

50. Mathematik-Olympiade 2. Stufe (Regionalrunde) Klasse Lösung 10 Punkte

Kommentierte Musterlösung zur Klausur HM I für Naturwissenschaftler

Euklidischer Algorithmus, Restklassenring und seine Struktur, Chinesischer Restklassensatz

Einführung in die Funktionalanalysis

Noethersche und artinsche Ringe

Theoretische Informatik

Lösungen zum 3. Aufgabenblatt

Erinnerung/Zusammenfassung zu Abbildungsmatrizen

w a is die Anzahl der Vorkommen von a in w Beispiel: abba a = 2

Leitfaden Lineare Algebra: Determinanten

6.2 Perfekte Sicherheit

2 Algebraische Grundstrukturen

Kongruenzrechnung. 2 Kongruenzrechnung Rechnenregeln Addition und Multiplikation Rechenregeln bzgl. verschiedener Moduln...

11.3 Komplexe Potenzreihen und weitere komplexe Funktionen

Matrizennorm. Definition 1. Sei A M r,s (R). Dann heißt A := sup die Matrixnorm. Wir wissen zunächst nicht, ob A eine reelle Zahl ist.

Geometrie der Schemata (Algebraische Geometrie II)

1 Aussagenlogik und Mengenlehre

Theoretische Informatik

Algorithmen und Datenstrukturen (WS 2007/08) 63

Division Für diesen Abschnitt setzen wir voraus, dass der Koeffizientenring ein Körper ist. Betrachte das Schema

Übung zur Algebra WiSe 2008/2009, Blatt 1

ERGÄNZUNGEN ZUR ANALYSIS II MITTELWERTSATZ UND ANWENDUNGEN

Vorkurs Mathematik Übungen zu Differentialgleichungen

Algebra. Professor Walter Gubler

Analysis I III. Vorlesungsskriptum WS 2005/06 WS 2006/07. Fakultät für Mathematik, Ruhr-Universität Bochum

EINFÜHRUNG IN DIE KOMPLEXE ANALYSIS

Die Weierstraßsche Funktion

Kapitel 7: Formaler Datenbankentwurf

Optimalitätskriterien

Lineare Gleichungssysteme

Analysis 1. Delio Mugnolo. (Version von 18. Dezember 2012)

u + v = v + u. u + (v + w) = (u + v) + w. 0 V + v = v + 0 V = v v + u = u + v = 0 V. t (u + v) = t u + t v, (t + s) u = t u + s u.

Logik und diskrete Strukturen

Die p-adischen Zahlen

Funktionen und Mächtigkeiten

8 Diskrete Optimierung

Codes und Codegitter. Katharina Distler. 27. April 2015

Beispiel. Bsp.: Betrachte Schlussweise in: (3) folgt aus (1) und (2), siehe z.b. Resolutionsregel. was ist mit folgender Schlußweise:

Finanzmathematik Bachelorarbeit aus Mathematische Modelle in den Naturwissenschaften im WS 2010

Einführung in die Zahlentheorie und algebraische Strukturen

Mathematische Grundlagen

Expander Graphen und Ihre Anwendungen

13. Abzählen von Null- und Polstellen

Nicht-archimedische Zahlen

x 2 2x + = 3 + Es gibt genau ein x R mit ax + b = 0, denn es gilt

Definition:Eine meromorphe Modulform vom Gewicht k Z ist eine meromorphe. f : H C. (ii) C > 0, so daß f(z) im Bereich Im z > C keine Singularität hat.

Transkript:

Liftung von Kurven Def inition 0.1 Eine stetige Abbildung f : Y X topologischer Räume heißt ein lokaler Homöomorphismus, wenn jeder Punkt y Y eine offene Umgebung V beseitzt, so dass die Einschränkung von f auf V ein Homöomorphismus auf eine offene Menge U X ist. Eine stetige Abbildung f : Y X topologischer Räume heißt eine Überlagerung, wenn jeder Punkt x X eine offene Umgebung U besitzt, so dass f 1 (U) = i I V i (1) wobei die V i disjunkte offene Mengen von Y sind, und f Vi : V i U für alle i I ein Homöomorphismus ist. Eine Überlagerung ist ein lokaler Homöomorphismus. Lemma 0.2 Es sei π : Y X ein lokaler Homöomorphismus. Es sei S ein topologischer Raum und es seien f, g : S Y zwei Abbildungen, so dass π f = π g. Dann ist die Menge eine offenen Teilmenge von S. {s S f(s) = g(s)} (2) Beweis: Es sei s S, so dass f(s) = g(s). Wir wählen eine offene Umgebung V von f(s) Y, die bei f homöomorph auf eine Umgebung U von π(f(s)) X abbgebildet wird. Es existiert eine Umgebung W von s S, die sowohl bei f als auch bei g in V abbgebildet werden. Aber dann stimmen f und g auf W überein. Q.E.D. Wenn Y haussdorffsch ist, so ist die Menge (2) auch abgeschlossen. Wenn π eine Überlagerung ist, folgt die Abgeschlossenheit auch wenn Y nicht hausdorffsch ist. In der Tat: Wir zeigen, dass das Komplement von (2) offen ist. Es sei s S, so dass f(s) g(s). Wir finden eine Umgebung U von π(f(s)) mit der Eigenschaft 1. Dann gilt f(s) V i und g(s) V j, wo V i V j =. Also sind f und g auf der offenen Menge f 1 (V i ) g 1 (V j ) verschieden. 1

Satz: Es sei f : Y X eine stetige Abbildung von topologischen Räumen mit folgender Eigenschaft. Jeder Punkt von X besitzt eine Umgebung V, so daß f 1 (V ) eine disjunkte Vereinigung von offenen Mengen U i, i I in Y ist und so daß für jedes i I die Abbildung f einen Homöomorphismus U i V induziert. Es sei γ : [0, 1] X eine Kurve und y Y ein Punkt mit f(y) = γ(0). Dann existiert eine eindeutig bestimmte Kurve γ : [0, 1] Y, so daß γ(0) = y und f γ = γ. Beweis: Wir beginnen mit zwei Anmerkungen. Man ändert nichts an der Aussage des Satzes, wenn man [0, 1] durch ein beliebiges anderes endliches Intervall [a, b] ersetzt. Wir nennen eine Kurve γ mit f γ = γ eine Liftung von γ. Wenn wir noch eine zweite Liftung γ von γ haben, so dass γ (0) = y, so stimmen nach dem Lemma und der anschließenden Bemerkung beide Liftungen auf einer offenen und abgeschlossenen Teilmenge von [0, 1] überein und sind daher gleich. Das beweist die Eindeutigkeit von γ. Wir betrachten zunächst den Fall, wo man V = X wählen kann. Dann gilt Y = U i und y U j für genau ein j I. Da f einen Homöomorphismus f j : U j X induziert, ist γ = f 1 j γ eine Liftung. Wir behandeln jetzt den allgemeinen Fall. Wir betrachten das Supremum a aller reellen Zahlen s [0, 1], so daß eine Kurve γ : [0, s] Y existiert, mit den Eigenschaften γ(0) = y und f γ = γ auf dem Intervall [0, s]. Es sei V eine Umgebung von γ(a), deren Existenz in den Vorausetzungen des Satzes gefordert wird. Da γ stetig ist, gibt es eine reelle Zahl δ > 0, so daß γ([a δ, a + δ]) V (bzw. γ([1 δ, 1] V für a = 1). Wir zeigen, daß die Annahme a < 1 zum Widerspruch führt. Wir betrachten eine Kurve γ : [0, a δ] Y, deren Existenz in der Definition von a gefordert wird. Es sei γ(a δ) = y. Nach dem bereits behandelten Fall V = X, kann man die Kurve γ : [a δ, a + δ] V eindeutig zu einer Kurve ρ : [a δ, a + δ] f 1 (V ) liften, so daß ρ(a δ) = y. Die Existenz der folgenden Kurve ist ein Widerspruch zur Definition von a: { γ(t) für t [0, a δ] γ 1 (t) = ρ(t) für t [a δ, a + δ] Also gilt a = 1. Dann findet man genau wie eben γ : [0, 1 δ] Y und ρ : [1 δ, 1] Y und damit die im Satz behauptete Liftung. Q.E.D. 2

Satz: Es sei f : Y X eine Überlagerung. Es sei S ein topologischer Raum. Es seien H : S I X, und h : S Y stetige Abbildungen, so dass H(s, 0) = f h(s). Dann existiert eine eindeutig bestimmte stetige Abbildung: H : S I Y, so dass H(s, 0) = h(s). Satz: Es sei f : Y X eine Überlagerung topologischer Räume. Es sei y 0 Y und x 0 = f(y 0 ). Wir haben die Abbildung f : π(y, y 0 ) π(x, x 0 ). Es sei Z ein topologischer Raum der wegzusammenhängend und lokal wegzusammenhängend ist. Es sei z 0 Z. Es sei g : Z X eine stetige Abbildung, so dass g(z 0 ) = x 0. Es gibt genau dann eine stetige Abbildung h : Z Y mit h(z 0 ) = y 0, so dass f h = g, wenn das Bild der Abbildung g : π(z, z 0 ) π(x, x 0 ) im Bild von f liegt. Die Abbildung h ist eindeutig bestimmt. Operation der Fundamentalgruppe auf der Faser einer Überlagerung. Es sei f : Y X eine Überlagerung. Es sei x 0 X. Es sei σ : I X eine geschlossene Kurve, so dass σ(0) = σ(1) = x 0. Zu jedem Punkt y f 1 (x 0 ) gibt es genau eine Kurve σ : I Y, so dass f σ = σ und σ(0) = y. Wir definieren yσ := σ(1). (3) Die Fomel (3) definiert eine Rechtsoperation von π(x, x 0 ) auf der Faser f 1 (x 0 ). Satz 0.3 Es sei y 0 f 1 (x 0 ). Die Abbildung f : π(y, y 0 ) π(x, x 0 ). ist injektiv und ihr Bild ist der Stabilisator von y 0 bei der Rechtsoperation von π(x, x 0 ) auf f 1 (x 0 ). 3

Ein Morphismus von Überlagerungen r : (Y, f) (Z, g) ist eine stetige Abbildung r : Y Z, so dass g r = f. Wir schreiben r Hom X ((Y, f), (Z, g)). Die induzierte Abbildung r : f 1 (x 0 ) g 1 (x 0 ) ist eine Abbildung von π(x, x 0 )-Rechtsmengen. Satz 0.4 Es sei X wegzusammenhängend und lokal wegzusammenhängend. Die Abbildung von Mengen Hom X ((Y, f), (Z, g)) Hom π(x,x0 )(f 1 (x 0 ), g 1 (x 0 )) ist bijektiv. (Rechts steht die Menge der Abbildungen von π(x, x 0 )- Rechtsmengen.) Wir setzen im folgenden stets X wegzusammenhängend voraus. Wir bemerken, dass Y genau dann wegzusammenhängend ist, wenn π(x, x 0 ) transitiv auf f 1 (x 0 ) operiert. Die Gruppe π(x, x 0 ) ist bezüglich der Multiplikation von rechts eine π(x, x 0 )-Rechtsmenge. Ein Überlagerung ( X, u) ist universell, wenn u 1 (x 0 ) als π(x, x 0 )-Rechtsmenge isomorph zu π(x, x 0 ) ist. Nach Satz 0.4 sind zwei universelle Überlagerung von X als Überlagerungen isomorph. Es sei f : Y X eine Überlagerung von X, so dass Y einfach zusammenhängend ist. Da Y wegzusammenhängend ist, operiert π(x, x 0 ) transit auf der Faser f 1 (x 0 ). Es sei y 0 f 1 (x 0 ). Nach Proposition 0.3 ist der Stabilisator von y 0 in π(x, x 0 ) trivial (d.h. = {1}). Also ist f 1 (x 0 ) als π(x, x 0 )-Rechtsmenge isomorph zu π(x, x 0 ). Also ist f : Y X eine universelle Überlagerung. Beispiel: Es sei X = S 1. Wir setzen Y = R. Weil Y kontrahierbar ist, ist es auch einfach zusammenhängend. Wir definieren f : Y X durch f(x) = (cos 2πx, sin 2πx) S 1. Das ist eine Überlagerung und folglich eine universelle Überlagerung. Es sei x 0 = (1, 0) S 1. Es gilt f 1 (0) = Z R = Y. Es sei ω : I S 1 ein geschlossener Weg mit ω(0) = ω(1) = x 0. Es existiert genau eine Liftung ω : I Y, so dass ω(0) = 0 Y. Wir setzen ω i (t) = ω(t) + i Y für i Z. Dann ist ω i die eindeutig bestimmte Liftung von ω, so dass ω i (0) = i. Wir definieren eine Funktion W : π(s 1, x 0 ) Z: W(ω) = ω(1) Z. (4) 4

Satz 0.5 W : π(s 1, x 0 ) Z (5) ist eine Isomorphismus von Gruppen. Man nennt W(ω) die Windungszahl des Weges ω : I S 1. Beweis: π(s 1, x 0 ) operiert von rechts auf f 1 (x 0 ) = Z. diese Operation hier mit. Wir bezeichnen In der Tat, nach Definition ist i ω = i + W(ω), für alle Z. i ω = ω i (1) = i + ω(1) = i + W(ω). Aus der Gleichung i (ω τ) = (i ω) τ folgt, dass W ein Homomorphismus ist. Nach Proposition 0.3 ist der Sabilisator von i f 1 (x 0 ) = Z in π(s 1, x 0 ) trivial. Daher impliziert W(ω) = 0, dass die Klasse von ω in π(s 1, x 0 ) trivial ist. Daher ist 5 injektiv. Weil Y wegzusammenhängend ist, gibt für beliebige i, j Z Y einen Verbindungsweg. Daher ist (5) auch surjektiv. Q.E.D. Der topologische Raum R 2 \ {0} ist homotopieäquivalent zu S 1 und hat daher ebenfalls die Fundamentalgruppe Z. Wir können eine universelle Überlagerung hinschreiben: R >o R R 2 \ {0} (r, t) (r cos 2πt, r sin 2πt) Es sei γ : I R 2 \ {0}. Wir wählen eine Liftung (γ) : I R >0 R. Es sei (γ)(0) = (r0, t 0 ) und (γ)(1) = (r 1, t 1 ). Dann definieren wir die Windungszahl: W(γ) = t 1 t 0. Das ist eine ganze Zahl, wenn γ eine geschlossene Kurve ist. Es sei σ eine weitere geschlossene Kurve, aber evtl. mit einem anderen Anfangspunkt. Satz 0.6 Es sei H : I I R 2 \ {0} eine stetige Abbildung, so dass für alle s, t I: H(0, t) = γ(t), H(1, t) = σ(t), H(s, 0) = H(s, 1). Dann haben γ und σ die gleiche Windungszahl. 5

Satz 0.7 ( Satz über den Hund an der Leine) Es seien γ und σ zwei geschlossene Kurven in R 2 \ {0}. Die Verbindungsstrecke der Punkte γ(t) und σ(t) möge den 0-Punkt für kein t I treffen. Dann ist W(γ) = W(σ). Corollary 0.8 Es sei n > 0 eine natürliche Zahl. Es seien a 0, a 1,..., a n 1 C komplexe Zahlen. Dann gibt es eine Zahl z C, so dass a 0 + a 1 z + a 2 z 2 +... + a n 1 z n 1 + z n = 0. eine ste Es sei x 0 R 2 \ {0}. Wir bezeichenen mit ɛ x0 : I R 2 \ {0} den Kreis mit dem Mittelpunkt x 0 und dem Anfangs und Endpunkt Satz 0.9 Es sei X wegzusammenhängend und lokal wegzusammenhängend. Wir nehmen an, dass X die folgende Eigenschaft E besitzt: (E) Jeder Punkt x X hat eine Umgebung N, so dass die Abbildung trivial ist. π(n, x) π(x, x) Dann besitzt X eine universelle Überlagerung. Es sei Y ein topologischer Raum und es sei G eine Gruppe. Wir sagen, dass G auf Y operiert (von links), wenn für jedes g G eine stetige Abbildung g : Y Y, y gy existiert, so dass 1 G y = y, und g(hy) = (gh)y, für y Y, g, h G. Hier ist 1 G G das neutrale Element von G. Definition Die Operation heißt eigentlich diskontinuierlich, wenn jeder Punkt y Y eine Umgebung U besitzt, so dass gu U =, für alle g G, g 1 G. Es seien Y 1 und Y 2 zwei topologische Räume auf denen G operiert. Eine stetige Abbildung ρ : Y 1 Y 2 heißt G-äquivariant, wenn ρ(gy 1 ) = gρ(y 1 ). 6

Es sei X ein topologischer Raum und G eine Gruppe, die wir mit der diskreten Topologie versehen. Man definiert auf G X die folgende Operation: g(h, x) := (gh, x) g, h G, x X. Diese Operation ist eigentlich diskontinuierlich. Es sei p : G X X die Projektion. Wenn y G X, so gilt p(gy) = p(y). Definition Es sei X ein topologischer Raum und es sei G eine Gruppe. Ein G-Torseur auf X ist ein topologischer Raum Y mit einer Abbildung f : Y X und einer Linksoperation von G auf Y, so dass 1. f(gy) = f(y), g G, y Y. 2. Für jeden Punkt x X gibt es eine offene Umgebung U und einen Homöomorphismus ρ : G U f 1 (U). (6) so dass f(ρ((h, x))) = x, und ρ(g(h, x)) = gρ((h, x)). Aus dieser Definition folgt, dass f : Y X eine Überlagerung ist und G auf Y eigentlich diskontinuierlich operiert. Die Abbildung ρ ist eine G- äquivariante Abbildung von Überlagerungen von X. Ein Morphismus von Torseuren ρ : (Y 1, f 1 ) (Y 2, f 2 ) ist eine stetige Abbildung ρ : Y 1 Y 2 von Überlagerungen, die G-äquivariant ist. (G X, p) ist ein G-Torseur auf X. Das nennt man den trivialen G- Torseur. Die Bedingung (6) besagt, dass lokal auf X ist jeder Torseur isomorph zum trivialen Torseur ist. Beispiel: Unter den Vorausetzungen von Satz 0.9 ist die universelle Überlagerung ( X, u)) ein π(x, x 0 )-Torseur. Die Operation von π(x, x 0 ) auf X erhält man aus Satz 0.4, weil π(x, x0 ) von links auf der π(x, x 0 )- Rechtsmenge π(x, x 0 ) operiert. Es sei (Y, f) ein G-Torseur über X (wegzusammenhängend) und x 0 X. Es sei y 0 f 1 (x 0 ). Dann gibt es zu jedem σ π(x, x 0 ) gibt es genau ein α(σ) G, so dass α(σ)y 0 = y 0 σ Hier steht links die Operation von G auf X und rechts steht die Rechtsoperation der Fundamentalgruppe π(x, x 0 ) auf der Faser f 1 (x 0 ). Man erhält 7

einen Homomorphismus von Gruppen α : π(x, x 0 ) G. (7) Wir haben also zu jedem punktierten G-Torseur (Y, f, y 0 ) einen Homomorphismus α assoziiert. Es sei ( X, u) eine universelle Überlagerung von X. Es sei x 0 X. Wir fixieren einen Punkt c 0 u 1 (x 0 ). Dann haben wir eine Bijektion von Rechtsmengen π(x, x 0 ) u 1 (x 0 ), die durch die Bedigung 1 c 0 bestimmt ist. Die fixieren wir und schreiben π(x, x 0 ) = u 1 (x 0 ). Dann ist c 0 das neutrale Elemnten von π(x, x 0 ), d.h. die Homotopieklasse der Kurve c 0 (t) = x 0. Der zur der punktierten universellen Überlagerung ( X, u, c 0 ) assoziierte Homomorphimus (7) ist die identische Abbildung id : π(x, x 0 ) π(x, x 0 ). Corollary 0.10 Die Vorraustzungen von Satz 0.9 mögen gelten. Es sei x 0 X. Es sei F eine π(x, x 0 )-Rechtsmenge. Dann ist f : F G X X eine Überlagerung von X, wo f(a, y) = u(y). Die Abbildung F f 1 (x 0 ), a F a (a, c 0 ) eine Bijektion von π(x, x 0 )-Rechtsmengen. Corollary 0.11 Die Vorraustzungen von Satz 0.9 mögen gelten. Es sei x 0 X. Es sei ξ : π(x, x 0 ) G ein beliebiger Gruppenhomomorphismus. Dann existiert ein punktierter G-Torseur (Y, f, y 0 ), wo f(y 0 ) = x 0, so dass der assoziierte Homomorphismus (7) gleich ξ ist. Wenn (Y, f, y 0) ein weiterer punktierter G-Torseur mit dieser Eigenschaft ist, so gibt es genau einen Morphismus von Torseuren so dass ρ(y 0 ) = y 0. ρ : (Y, f, y 0 ) (Y, f, y 0), (8) Die Eindeutigkeit sieht man so: Es sei τ eine weiterer Morphismus mit den Eigenschaften (8). Dann gilt für alle g G: ρ(gy 0 ) = gρ(y 0 ) = gy 0 = gτ(y 0 ) = τ(gy 0 ). 8

Da G transitiv auf der Faser f 1 (x 0 ) operiert, folgt dass ρ und τ eingeschränkt auf f 1 (x 0 ) übereinstimmen. Aber dann stimmen nach Proposition 0.4 auch ρ und τ überein. Theorem 0.12 Es sei X wegzusammenhängend und lokal wegzusammenhängend. Es seien U und V wegzusammenhängende offene Teilmegen von X, so dass U V wegzusammenhängend ist. Wir setzen voraus, dass X, U, V, U V die der Bedingung (E) erfüllt ist. Es sei x 0 U V. Wir betrachten folgendes kommutative Diagramm von Gruppenhomomorphismen: π(u V, x 0 ) ι V ι U π(u, x0 ) κ U π(v, x 0 ) κv π(x, x 0 ). Es sei G eine Gruppe und es seien α : π(u, x 0 ) G und β : π(v, x 0 ) zwei Gruppenhomomorphismen, so dass α ι U = β ι V. Dann existiert genau eine Gruppenhomomorphismus γ : π(x, x 0 ) so dass γ κ U = α und γ κ V = β. α α G α G, Durch diese Eigenschaft ist die Gruppe π(x, x 0 ) aus den beiden Gruppenhomomorphismen ι U und ι V eindeutig bestimmt. Corollary 0.13 Es sei Ω R 2 eine offenen konvexe Menge. Es seien P 1,..., P m verschiedene Punkte von Ω. Es sei x 0 Ω ein weiterer Punkt. Wir wählen eine Zahl ɛ > 0. Wir legen um jeden der Punkte P i eine Kreis K i mit dem Radius ɛ. Wir wählen ɛ so klein, dass die Kreise ganz in Ω \ {x 0 } liegen und paarweise disjunkt sind. Wir wählen eine Punkt F i auf dem Kreisumfang von K i. Wenn wir den Kreis K i von F i einmal auf dem Umfang (z.b. im positiven Drehsinn) umrunden, so erhalten wie eine geschlossene Kurve γ i in Ω \ {P 1,..., P m }. Wir wählen beliebige Kurven α i in Ω\{P 1,..., P m } die den Punkt x 0 mit dem Punkt F i verbinden und setzen τ i = α i γ α 1 i. Dann ist π(ω \ {P 1,..., P m }, x 0 ) die freie Gruppe mit den Erzeugenden τ 1,..., τ m. 9

Satz: Es sei P R 2 ein Punkt der Ebene mit den Koordinaten (x 0, y 0 ). Es sei γ : I R 2 \ {P } eine stetig differenzierbare Kurve und W P (γ) ihre Windungszahl bezüglich P. Dann gilt: W P (γ) = 1 (y y 0 )dx + (x x 0 )dy. 2π γ (x x 0 ) 2 + (y y 0 ) 2 10