Teorema de Seifert-van Kampen

Enunciado

Supongamos que X=UV, con U y V abiertos, y UV arco conexa. Además, sean ι:UX y ι:VX inclusiones. Entonces, para todo x0UV, las imágenes de los homomorfismos inducidos

ι:π1(U,x0)π1(X,ι(x0)),ι:π1(V,x0)π1(X,ι(x0))

generan el grupo π1(X,x0).

Demostración

Tomamos [α]π1(X,x0). La intención es separar el lazo α en varios segmentos, los cuales deben ser a su vez lazos, para poder tratarlos individualmente, cada uno contenido o bien en U o bien en V.

Existe una partición de [0,1] de forma que 0=a0<a1<<an=1 tal que α(ai)UV. Asimismo, αi:=α([ai1,ai]) está completamente contenido en U o en V[1]. Como consecuencia inmediata:

[α]=[α1αn]
Todavía no está

Estos caminos no prueban lo que se quiere pues no son lazos, por lo que es necesario cerrarlos.

Cada curva αi es un camino uniendo puntos de UV. Puesto que por hipótesis es arco conexo, podemos tomar un arco γi uniendo x0 con α(ai). En particular, puesto que α(a0)=x0=α(an), los arcos γ1 y γn son constantes[2].

Finalmente, definiendo βi=γi1αiγ¯i, se tiene que βi es un lazo basado en x0 y además

[β1βn]=[α1αn]=[α]

Teniendo, en efecto, que el lazo α es la concatenación de lazos βk contenidos o bien en U o bien en V. [3]


Intuición

Una curva en X será la concatenación de otros lazos que pertenecerán totalmente a U o a V.


  1. α(ai) simboliza el punto donde el lazo α pasa de un segmento αi al siguiente, los cuales solo pueden encontrarse dentro de la intersección UV. ↩︎

  2. Porque están uniendo un punto consigo mismo. ↩︎

  3. Cada uno individual, no toda la concatenación, claro. ↩︎