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Seifert–van Kampen 定理

Seifert–van Kampen theorem

把空间开覆盖的基本群通过推送结构组合为整体基本群。

形式陈述

X=UV,其中 U,V 为开且道路连通,UV 也道路连通,并取基点 x0UV。包含映射诱导同态后,Seifert–van Kampen 定理断言 π1(X,x0) 是图表

π1(UV,x0)π1(U,x0), π1(V,x0)

在群范畴中的推出。具体地,

π1(X,x0)(π1(U)π1(V))/N,

其中 N 是由所有关系 i(ω)j(ω)1ωπ1(UV,x0))生成的正规闭包。

直觉

整体环路可以切成落在两个开集中的小段,所以由局部基本群生成;交集中的同一环路在两侧有两种描述,定理恰好把它们识别。

例子与边界

把圆周分为两个略大于半圆的开集时,交集有两个分支,不满足简单版本的道路连通假设;直接误用会得到错误群,需要调整覆盖、使用多个基点的基本群胚版本或其他构造。楔和 S1S1 的基本群是自由群 ZZ。给二维胞腔沿词 r 粘到一维骨架时,定理把关系 r=1 加入群表示。开集条件可由适当形变收缩邻域替代,但不能无解释地只用任意闭覆盖。

推论与应用

van Kampen 定理是计算基本群的主要局部到整体工具,连接 CW 复形粘合、群表示、曲面群和结空间补集。

参考资料
  • Allen Hatcher, Algebraic Topology, Cambridge University Press, 2002,Ch. 1, van Kampen theorem and applications。
  • Glen E. Bredon, Topology and Geometry, Springer, 1993,Ch. III, Seifert–van Kampen theorem。