Kurs:Singularitätentheorie (Osnabrück 2019)/Arbeitsblatt 20/latex

\setcounter{section}{20}




\inputaufgabe
{}
{

Beschreibe für je zwei \zusatzklammer {einschließlich dem Fall, dass das Produkt mit sich selbst genommen wird} {} {} der folgenden geometrischen Mengen die Produktmengen. \aufzaehlungvier{Ein Geradenstück $I$. }{Eine Kreislinie $K$. }{Eine Kreisscheibe $D$. }{Eine Parabel $P$. } Welche Produktmengen lassen sich als eine Teilmenge im Raum realisieren, welche nicht?

}
{} {}


Unter dem \definitionswort {Produkt der topologischen Räume}{} \mathkor {} {X} {und} {Y} {} versteht man die \definitionsverweis {Produktmenge}{}{}
\mathl{X \times Y}{} zusammen mit derjenigen Topologie \zusatzklammer {genannt \definitionswort {Produkttopologie}{}} {} {,} bei der eine Teilmenge
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ W }
{ \subseteq }{ X \times Y }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} genau dann offen ist, wenn man sie als Vereinigung von Produktmengen der Form
\mathl{U \times V}{} mit offenen Mengen
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ U }
{ \subseteq }{ X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ V }
{ \subseteq }{ Y }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} schreiben kann.





\inputaufgabe
{}
{

Es seien \mathkor {} {X} {und} {Y} {} \definitionsverweis {topologische Räume}{}{.} Zeige, dass die \definitionsverweis {Produkttopologie}{}{} auf
\mathl{X \times Y}{} die kleinste Topologie ist, bezüglich der die beiden \definitionsverweis {Projektionen}{}{} \mathkor {} {X \times Y \rightarrow X} {und} {X \times Y \rightarrow Y} {} \definitionsverweis {stetig}{}{} sind.

}
{} {}


\inputaufgabe
{}
{

Es seien \mathkor {} {(M_1,d_1)} {und} {(M_2,d_2)} {} \definitionsverweis {metrische Räume}{}{.} Zeige, dass auf der \definitionsverweis {Produktmenge}{}{}
\mathl{M_1 \times M_2}{} durch
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ d( (x_1,x_2), (y_1,y_2)) }
{ =} { \sqrt{ d_1(x_1,y_1)^2 + d_2(x_2,y_2)^2 } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} eine Metrik gegeben ist, und dass die dadurch definierte \definitionsverweis {Topologie}{}{} mit der \definitionsverweis {Produkttopologie}{}{} übereinstimmt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es seien \mathkor {} {X} {und} {Y} {} \definitionsverweis {diskrete topologische Räume}{}{.} Zeige, dass auch der \definitionsverweis {Produktraum}{}{} diskret ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass
\mathl{\R^2 \setminus \{0\}}{} \definitionsverweis {diffeomorph}{}{} zu einem Produkt aus eindimensionalen \definitionsverweis {Mannigfaltigkeiten}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es seien \mathkor {} {M_1 \subseteq N_1} {und} {M_2 \subseteq N_2} {} \definitionsverweis {abgeschlossene Untermannigfaltigkeiten}{}{.} Zeige, dass ihr \definitionsverweis {Produkt}{}{}
\mathl{M_1 \times M_2}{} eine abgeschlossene Untermannigfaltigkeit von
\mathl{N_1 \times N_2}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mathl{0 < r < R}{} und sei
\mathdisp {T = { \left\{ (x,y,z) \in \R^3 \mid { \left( \sqrt{x^2+y^2} -R \right) }^2 +z^2 = r^2 \right\} }} { . }
Zeige, dass die Abbildung \maabbeledisp {} {S^1 \times S^1} {T } {( \varphi, \psi) } {( (R +r \cos \psi) \cos \varphi, (R+ r \cos \psi ) \sin \varphi , r \sin \psi ) } {} eine \definitionsverweis {Bijektion}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $M$ eine \definitionsverweis {differenzierbare Mannigfaltigkeit}{}{.} Zeige, dass die Vertauschungsabbildung \maabbeledisp {} {M \times M} { M \times M } {(P,Q)} {(Q,P) } {,} ein \definitionsverweis {Diffeomorphismus}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Wir schließen an Bemerkung 18.1 an. Die Hintereinanderschaltung
\mathdisp {V \times W \stackrel{f \times g}{ \longrightarrow} K \times K \stackrel{+}{\longrightarrow} K} { }
nennen wir
\mathl{f \oplus g}{.} Zeige
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ f \oplus g }
{ =} { { \left( f \otimes 1 \right) } + { \left( 1 \otimes g \right) } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und seien \mathkor {} {I} {und} {J} {} endliche Indexmengen. Zeige, dass die Abbildung \maabbeledisp {} { \operatorname{Abb} \, { \left( I , K \right) } \times \operatorname{Abb} \, { \left( J , K \right) } } { \operatorname{Abb} \, { \left( I \times J , K \right) } } {(f,g)} { f \otimes g } {,} mit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ ( f \otimes g ) (i,j) }
{ \defeq} { f(i) \cdot g(j) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} \definitionsverweis {multilinear}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und seien \mathkor {} {X} {und} {Y} {} \definitionsverweis {endliche Mengen}{}{.} Zeige, dass man jede Funktion \maabbdisp {h} {X \times Y} {K } {} in der Form
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{h }
{ =} { \sum_{i= 1}^n f_i \cdot g_i }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} mit Funktionen \maabb {f_i} {X} {K } {} und \maabb {g_i} {Y} {K } {} schreiben kann.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{.} Zeige, dass man nicht jede Funktion \maabbdisp {h} {\N \times \N} {K } {} in der Form
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{h }
{ =} { \sum_{i= 1}^n f_i \cdot g_i }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} mit Funktionen \maabb {f_i} {\N} {K } {} und \maabb {g_i} {\N} {K } {} schreiben kann.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass man nicht jede \definitionsverweis {stetige Funktion}{}{} \maabbdisp {h} {\R \times \R} {\R } {} in der Form
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ h }
{ =} { \sum_{i= 1}^n f_i \cdot g_i }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} mit stetigen Funktionen \maabb {f_i,g_i} {\R } { \R } {} schreiben kann.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass man die \definitionsverweis {Funktion}{}{} \maabbeledisp {h} {\R \times \R} {\R } {(x,y)} { \sqrt{x^2+y^2} } {,} nicht in der Form
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{h }
{ =} { \sum_{i= 1}^n f_i \cdot g_i }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} mit stetigen Funktionen \maabb {f_i,g_i} {\R} {\R } {} schreiben kann.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Seien \mathkor {} {V} {und} {W} {} \definitionsverweis {affin-algebraische Mengen}{}{} und sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{x }
{ \in }{V }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein Punkt. Beschreibe das \definitionsverweis {Ideal}{}{} zu
\mathl{x \times W}{} im Koordinantering zu
\mathl{V \times W}{.}

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Seien \mathkor {} {V} {und} {W} {} \definitionsverweis {affin-algebraische Mengen}{}{,} sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{x }
{ \in }{V }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein Punkt und sei \maabbeledisp {} {W} {V \times W } {y} { (x,y) } {.} Beschreibe diese Abbildung auf der Ebene der Koordinatenringe.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {algebraisch abgeschlossener Körper}{}{} und seien \mathkor {} {V} {und} {W} {} \definitionsverweis {affin-algebraische Mengen}{}{} über $K$ der \definitionsverweis {Dimension}{}{} \mathkor {} {r} {bzw.} {s} {.} Zeige, dass die \definitionsverweis {Produktvarietät}{}{} die Dimension
\mathl{r+s}{} besitzt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Man gebe ein Beispiel für eine Kurve
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{C }
{ \subseteq }{ { {\mathbb A}_{ K }^{ n } } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} derart, dass es auf ihr Punkte
\mathl{P_1,P_2,P_3 \in C}{} gibt, deren \definitionsverweis {Einbettungsdimensionen}{}{} gleich $1,2,3$ sind.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $R$ der \definitionsverweis {lokale Ring}{}{} zum Überkreuzungspunkt des dreidimensionalen Achsenkreuzes. Bestimme dessen \definitionsverweis {Einbettungsdimension}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $R$ ein \definitionsverweis {noetherscher}{}{} \definitionsverweis {lokaler Ring}{}{} und $M$ ein \definitionsverweis {endlich erzeugter}{}{} $R$-\definitionsverweis {Modul}{}{} mit einer Summenzerlegung
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{M }
{ = }{M_1 \oplus M_2 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Zeige, dass für die \definitionsverweis {minimale Erzeugendenzahl}{}{} die Beziehung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \mu (M) }
{ =} {\mu (M_1) + \mu (M_2) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gilt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $R$ ein \definitionsverweis {kommutativer Ring}{}{} und sei
\mathdisp {0\stackrel{}{\longrightarrow}L \stackrel{}{\longrightarrow}M
\mathdisplaybruch\stackrel{}{\longrightarrow}N \stackrel{}{\longrightarrow}0} { }
eine \definitionsverweis {kurze exakte Sequenz}{}{} von $R$-\definitionsverweis {Moduln}{}{.} Es gebe ein $R$-\definitionsverweis {Modul-Erzeugen\-densystem}{}{} von $L$ mit $k$ Elementen und ein $R$-Modul-Erzeugendensystem von $N$ mit $n$ Elementen. Zeige, dass es ein $R$-Modul-Erzeugendensystem von $M$ mit $k+n$ Elementen gibt.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Es sei $R$ ein \definitionsverweis {noetherscher}{}{} \definitionsverweis {lokaler Ring}{}{.} Man gebe ein Beispiel für eine \definitionsverweis {kurze exakte Sequenz}{}{}
\mathdisp {0 \longrightarrow M_1 \longrightarrow M \longrightarrow M_2 \longrightarrow 0} { }
von \definitionsverweis {endlich erzeugten}{}{} $R$-\definitionsverweis {Moduln}{}{} derart, dass für die \definitionsverweis {minimale Erzeugendenzahl}{}{}
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \mu (M) }
{ \neq} {\mu (M_1) + \mu (M_2) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gilt.

}
{} {}