16.1. Definíció. Tekintsük az ℝn+1 térben az e i bázis-vektorok által kifeszített n-dimenziós szimplexet — a csúcsokat az ei-kkel azonos sorrendben írjuk, ez adja az irányítást. Ezt a szimplexet Δn-nel jelöljük, és standard n-szimplexnek hívjuk.
16.2. Definíció. Legyen X egy topológikus tér. Egy n-dimenziós n-dimenziós szinguláris szimplex X-ben nem más, mint egy folytonos függvény ϕ : Δn → X. A ϕ-nek n + 1 oldala van, ezek a következő (n − 1)-dimenziós szimplexek. Minden 0 ≤ i ≤ n értékre tekintjük azt a Δn−1 → Δn lineáris leképezést, amelyik az e 0,e1,…ei−1 ∈ Δn−1 csúcsokat Δn ugyanilyen nevű csúcsaiba képezi, az e i,ei+1,…en−1 ∈Δn−1 csúcsokat pedig rendre az ei+1,ei+2,…en ∈ Δn csúcsokba viszi. Ezt a lineáris leképezést ϕ-vel komponálva megkapjuk ϕ i-edik oldalát, ∂iϕ-t.
16.3. Definíció. Definiáljuk az S funktort, ami topológikus terekhez CW-komplexusokat rendel. Legyen X egy topológikus tér. S(X) n-szimplexei éppen az X-beli n-dimenziós szinguláris szimplexek lesznek, a ragasztást pedig dimenzió szerinti indukcióval definiáljuk. Legyen ϕ egy szinguláris n-szimplex, és tegyük fel, hogy az S(X) komplexus (n − 1)-vázát már elkészítettük. Minden 0 ≤ i ≤ n értékre a ∂iϕ oldal egy (n − 1)-dimenziós szimplex, tehát benne van az (n − 1)-vázban. Ragasszuk hát ϕ i-edik oldalát ehhez az (n − 1)-szimplexhez!
Az S(X) komplexus szimplexei folytonos függvények X-be. Ezek a függvények a ragasztások mentén jól illeszkednek egymáshoz, tehát összeállnak egy ev : S(X) → X folytonos függvénnyé, amit kiértékelésnek hívunk.
16.4. Megjegyzés. A 16.3. Definícióban többet is kapunk: egy delta-komplexust építünk fel. A CW-komplexusban megengedünk tetszőleges folytonos ragasztásokat, tehát ezek topológiai objektumok. Ezzel szemben delta-komplexusban viszont élet élhez, háromszöget háromszöghöz, n-szimplexet n-szimplexhez illesztünk, lineáris ragasztó leképezéssel, ezért a delta-komplexusok tisztán kombinatórikai objektumok, amelyeknek van topológiai realizációja. Ebben a jegyzetben elegendő a CW struktúrát ismerni.
16.5. Tétel. Legyen X egy topológikus tér. Az ev : S(X) → X kiértékelés egy gyenge homotóp ekvivalencia.
Bizonyítás. Be kell látni, hogy ev ∗ : πnS(X)
→ πn(X) izomorfizmus
minden n-re. Választunk Sn-en egy szimplex-felbontást. Ennek
segítségével minden f : Sn → X folytonos leképezés felemelhető egy
: Sn → S(X) folytonos függvénnyé, amelyre ev ∘
= f, tehát ev
∗
szürjektív.
Legyenek most ,
: Sn → S(X) folytonos függvények, és h :
S × [0, 1] → X egy homotópia ev ∘
és ev ∘
között. Először
lecseréljük
-t és
-t egy-egy szimplíciális approximációra. Ez ad Sn×
{0}-án és Sn ×{1}-en egy-egy szimplex-felbontást, amit kiterjesztünk
Sn × [0, 1] szimplex-felbontásává. Ennek segítségével gyártunk olyan
: Sn × [0, 1] → S(X) függvényt, amelyre ev ∘
= h. Tehát ev
∗
injektív. □
Bizonyítás. Ha σ egy szinguláris szimplex X-ben, és komponáljuk őt egy f és g közötti homotópiával, akkor az f(σ) és g(σ) szinguláris szimplexek közti homotópiát kapunk. Ezek a homotópiák összeragadnak egy S(f) és S(g) közötti CW-homotópiává. A többi állítás azonnal következik Whitehead tételéből (14.13. Tétel) és a 16.5. Tételből. □
16.7. Lemma. Legyen X egy topológikus tér, egy nyílt fedés.
Jelölje S
(X) ⊆ S(X) azt a rész-komplexust, amelyet azon ϕ : Δn → X
szimplexek alkotnak, amelyekre Im(ϕ) teljes egészében valamelyik
-beli
nyílt halmazba esik. Ekkor az S
(X)
S(X) beágyazás egy homotóp
ekvivalencia.
Ötlet: A 16.5. Tétel bizonyítása kis módosítással azt is megmutatja,
hogy az S(X)
S(X)
X kompozíció is gyenge homotóp
ekvivalencia. Ezért az S
(X)
S(X) beágyazás is gyenge homotóp
ekvivalencia. A lemma tehát következik Whitehead tételéből
(14.13. Tétel). □
16.8. Megjegyzés. A 16.7. Lemmának számtalan, ugyanezzel a technikával bizonyítható változata van. Például, ha X egy differenciálható sokaság, akkor tekinthetjük a differenciálható szimplek részkomplexusát, ha pedig X egy metrikus tér, akkor tekinthetjük az ε-nál kisebb átmérőjű szimplexek részkomplexusát — ezek is homotóp ekvivalensek X-szel és S(X)-szel.