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2023 | Buch

Grundkurs Topologie

verfasst von: Gerd Laures, Markus Szymik

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Über dieses Buch

Die Topologie beschäftigt sich mit den qualitativen Eigenschaften geometrischer Objekte. Ihr Begriffsapparat ist so mächtig, dass kaum eine mathematische Struktur nicht mit Gewinn topologisiert wurde.

Dieses Buch versteht sich als Brücke von den einführenden Vorlesungen der Analysis und Linearen Algebra zu den fortgeschrittenen Vorlesungen der Algebraischen und Geometrischen Topologie. Es eignet sich besonders für Studierende in einem Bachelor- oder Masterstudiengang der Mathematik, kann aber auch zum Selbststudium für mathematisch Interessierte dienen.

Die Autoren legen besonderen Wert auf eine moderne Sprache, welche die vorgestellten Ideen vereinheitlicht und damit erleichtert. Definitionen werden stets mit vielen Beispielen unterlegt und neue Konzepte werden mit zahlreichen Bildern illustriert. Über 170 Übungsaufgaben (mit Lösungen zu ausgewählten Aufgaben auf der Website zum Buch) helfen, die vermittelten Inhalte einzuüben und zu vertiefen. Viele Abschnitte werden ergänzt durch kurze Einblicke in weiterführende Themen, die einen Ausgangspunkt für Studienarbeiten oder Seminarthemen bieten.

Neben dem üblichen Stoff zur mengentheoretischen Topologie, der Theorie der Fundamentalgruppen und der Überlagerungen werden auch Bündel, Garben und simpliziale Methoden angesprochen, welche heute zu den Grundbegriffen der Geometrie und Topologie gehören.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Grundbegriffe der Topologie
Zusammenfassung
Die Topologie ist das Teilgebiet der Mathematik, welches sich dem Studium der stetigen Abbildungen widmet.
Gerd Laures, Markus Szymik
Kapitel 2. Universelle Konstruktionen
Zusammenfassung
Im ersten Kapitel wurde die Kategorie topologischer Räume und stetiger Abbildungen vorgestellt. In diesem Kapitel sollen Konstruktionen beschrieben werden, die es erlauben, neue topologische Räume zu konstruieren.
Gerd Laures, Markus Szymik
Kapitel 3. Zusammenhang und Trennung
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden Eigenschaften topologischer Räume untersucht, die sich von einem Raum auf jeden anderen hierzu homöomorphen Raum übertragen. Solche Eigenschaften nennt man topologisch. Die wichtigsten sind Zusammenhang, Trennungsaussagen und Kompaktheit. Die ersten beiden werden in diesem Kapitel diskutiert, die letzte dann im nächsten Kapitel.
Gerd Laures, Markus Szymik
Kapitel 4. Kompaktheit und Abbildungsräume
Zusammenfassung
In diesem Abschnitt wird zunächst der Begriff der Kompaktheit topologischer Räume eingeführt. Danach wird er zu dem Begriff der eigentlichen Abbildung relativiert. Es folgt ein technischer Anschnitt über den Satz von Tychonoff, der bei der ersten Lektüre übergangen werden kann.
Gerd Laures, Markus Szymik
Kapitel 5. Transformationsgruppen
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die Symmetrien topologischer Räume untersucht. Auf diese Weise entstehen interessante neue topologische Objekte, die eine gesonderte Betrachtung verdienen. Es ist allerdings auch möglich, dieses Kapitel zunächst nur zu überfliegen und später (etwa für Kap. 8) zu ihm zurückzukehren.
Gerd Laures, Markus Szymik
Kapitel 6. Wege und Schleifen
Zusammenfassung
Topologische Probleme sind im Allgemeinen zu kompliziert, um sie direkt zu lösen. Es gibt eine ziemlich grobe Methode, sie übersichtlicher zu gestalten: Sie werden diskretisiert, indem man die Räume durch die Menge ihrer Wegekomponenten ersetzt. Feinere Diskretisierungsmethoden erhält man dadurch, dass man die Räume erst durch Hilfsräume ersetzt und dann zu den Wegekomponenten übergeht. Die resultierenden Mengen haben dann oft eine algebraische Struktur, die ihre Bestimmung leichter macht. Dies wird am Ende dieses Kapitels am Beispiel der Kreislinie angedeutet und in den nachfolgenden Kapiteln weiter ausgenutzt.
Gerd Laures, Markus Szymik
Kapitel 7. Die Fundamentalgruppe
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird die Fundamentalgruppe eines (punktierten) Raumes als die Menge der Wegekomponenten des dazugehörigen Schleifenraumes definiert und ihre Eigenschaften studiert. Man darf sich das zunächst so vorstellen, dass Abbildungen vom Kreis \(S^1\) in einen topologischen Raum X, welche die 1 auf einen Punkt x abbilden, immer einen ‚verallgemeinerten Abbildungsgrad‘ haben, der allerdings nicht in \(\mathbb {Z}\), sondern eben in der Fundamentalgruppe \(\pi _1(X,x)\) liegt. Danach werden Techniken zur Berechnung von Fundamentalgruppen bereitgestellt, die sich durch ihr Verhalten bei Überdeckungen ergeben. Anschließend werden diese an Fundamentalgruppen von Flächen illustriert.
Gerd Laures, Markus Szymik
Kapitel 8. Überlagerungen
Zusammenfassung
Bei der Bestimmung der Fundamentalgruppe des Kreises in Abschn. 6.4 haben wir die Exponentialabbildung betrachtet, welche die reellen Zahlen wie eine Helix über die Kreislinie legte und sie damit ‚überlagerte‘. Solche Abbildungen sollen in diesem Kapitel betrachtet werden. Das Hochhebungsverhalten von Wegen in Überlagerungen kann genutzt werden, um Fundamentalgruppen auszurechnen. Die Verbindung zwischen Fundamentalgruppe und Überlagerungen ist allerdings noch enger und führt zur Klassifikation von Überlagerungen durch die Struktur der Fundamentalgruppe. Die Theorie ist analog zur Galois-Theorie von Körpererweiterungen.
Gerd Laures, Markus Szymik
Kapitel 9. Bündel und Faserungen
Zusammenfassung
Bündel sind eine wichtige Klasse von Abbildungen, die Überlagerungen verallgemeinern: In einem allgemeinen Faserbündel muss die Faser nicht mehr diskret sein, sondern kann ein beliebiger topologischer Raum sein.
Gerd Laures, Markus Szymik
Kapitel 10. Garben
Zusammenfassung
Der Garbenbegriff gehört zum Grundvokabular der modernen Geometrie und Topologie. Er dient der Formalisierung des Überganges vom Lokalen zum Globalen. Richtig betrieben kann die Garbentheorie sogar zum Studium von Grundlagen der Logik verwendet werden. Nach diesen Sätzen ahnt man schon die Allgemeinheit dieser Theorie.
Gerd Laures, Markus Szymik
Kapitel 11. Simpliziale Mengen
Zusammenfassung
Simpliziale Mengen sind diskrete kombinatorische Modelle für topologische Räume, welche die Konstruktion vieler Objekte in der Topologie vereinfachen. Es stellt sich heraus, dass die Homotopietheorie der simplizialen Mengen äquivalent zu der topologischer Räume ist. Die Bedeutung simplizialer Mengen für die Topologie begründet sich darin, dass viele Objekte in der Topologie von ihrer Natur her als Realisierungen simplizialer Mengen in Erscheinung treten. Einige Ausblicke darauf werden am Ende dieses Kapitels gegeben.
Gerd Laures, Markus Szymik
Backmatter
Metadaten
Titel
Grundkurs Topologie
verfasst von
Gerd Laures
Markus Szymik
Copyright-Jahr
2023
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-67828-2
Print ISBN
978-3-662-67827-5
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-67828-2