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Fundamentalgruppe und zweite Bettische Gruppe. (German) JFM 68.0503.01
Bekanntlich ist die 1-dimensionale Bettische Gruppe 𝔅 1 eines Komplexes gleich der Faktorkommutatorgruppe seiner Fundamentalgruppe 𝔊. In dieser bedeutsamen Arbeit wird gezeigt, daß auch die 2-dimensionale Bettische Gruppe 𝔅 2 durch 𝔊 zwar nicht vollständig bestimmt, aber doch wesentlich beeinflußt wird. Sei nämlich 𝔖 2 diejenige Untergruppe von 𝔅 2 , deren Elemente Bilder von Kugelflächen enthalten; dann ist die Faktorgruppe 𝔅 2 /𝔖 2 durch 𝔊 eindeutig bestimmt und läßt sich aus 𝔊 in folgender rein algebraischen Weise ableiten. 𝔊 sei wie üblich als Gruppe in Erzeugenden und definierenden Relationen geschrieben, also als Faktorgruppe 𝔊𝔉/ einer freien Gruppe 𝔉 nach einer Relationengruppe , sei die Kommutatorgruppe von 𝔉 und () die von den Kommutatoren frf -1 r -1 mit f aus 𝔉 und r aus erzeugte Untergruppe von und . Dann lautet der Hauptsatz, daß 𝔊 1 * =𝔅 2 /𝔖 2 /(); insbesondere ist die letzte Bildung von der speziellen Darstellung von 𝔊 durch 𝔉 und unabhängig. Ist z. B. 𝔊 die freie abelsche Gruppe mit p Erzeugenden, so ist 𝔊 1 * die freie abelsche Gruppe mit p 2 Erzeugenden. Auch bei beliebigen abelschen Gruppen 𝔊 läßt sich 𝔊 1 * leicht angeben. Das gleiche gilt auf Grund teils geometrischer teils algebraischer Methoden für eine Reihe weiterer Gruppen, insbesondere für Gruppen mit nur einer definierenden Relation. – Aus diesem Satz ergeben sich wichtige Folgerungen sowohl geometrischer wie algebraischer Natur, die z. T. mit der Homotopietheorie von W. Hurewicz (Proc. Akad. Wet. Amsterdam 38, (1935); 112-119, 521-528; 39 (1936); 117-126, 215-224; F. d. M. 61 I , 618; 62 I , 678) in Zusammenhang stehen. Auch die Frage der Verallgemeinerung dieser Tatsachen auf den Fall höherer Dimensionen wird gestreift. Zieht man nur die klassischen Invarianten, die Fundamentalgruppe und die Bettischen Gruppen, heran, so gibt es nachweislich außer den genannten keine weiteren Beziehungen zwischen ihnen. – Weiterhin wird der Einfluß der Fundamentalgruppe auf die Schnitteigenschaften der Homologieklassen einer n-dimensionalen orientierbaren Mannigfaltigkeit untersucht. Es zeigt sich, daß die Schnitte zwischen je einer (n-1)-dimensionalen und einer 2-dimensionalen Klasse und die Schnitte zwischen je zwei (n-1)-dimensionalen Klassen durch die Fundamentalgruppe eindeutig bestimmt sind. In diesen Untersuchungen läßt sich die Beschränkung auf Mannigfaltigkeiten dadurch vermeiden, daß man an Stelle der klassischen die neuere Homologietheorie heranzieht, welche den Zyklen die Kozyklen gegenüberstellt. – Für dreidimensionale Mannigfaltigkeiten ergeben sich durch diese Tatsachen Einschränkungen für die Fundamentalgruppe, u. a. der zuerst von K. Reidemeister (Mh. Math. Physik 43 (1936), 20-28; F. d. M. 62 I , 661) bewiesene Satz, daß als abelsche Fundamentalgruppen dreidimensionaler Mannigfaltigkeiten nur zyklische Gruppen und das direkte Produkt von drei unendlichen zyklischen Gruppen auftreten.