Séminaire Henri Cartan
J. C. M OORE
Systèmes de Postnikov et complexes monoïdaux
Séminaire Henri Cartan, tome 7, no2 (1954-1955), exp. no21, p. 1-12
<http://www.numdam.org/item?id=SHC_1954-1955__7_2_A11_0>
© Séminaire Henri Cartan
(Secrétariat mathématique, Paris), 1954-1955, tous droits réservés.
L’accès aux archives de la collection « Séminaire Henri Cartan » implique l’accord avec les conditions générales d’utilisation (http://www.numdam.org/conditions). Toute utilisation commerciale ou impression systématique est constitutive d’une infraction pénale. Toute copie ou impression de ce fichier doit contenir la présente mention de copyright.
Article numérisé dans le cadre du programme Numérisation de documents anciens mathématiques
http://www.numdam.org/
21-01
SYSTÈMES
DE POSTNIKOV ET COMPLEXESMONOÏDAUX
J. C.
MOORE,
(Exposé
de J. C.MOORE, 16.5.1955)
Séminaire
H.CARTAN, E.N.S., 1954/55.
On s~e propose de donner une
construction explicite
decomplexes
CSS e
14)
àpartir
descomplexes K(
ouplutôt ) ~ n) (cf. Exp. 19, paragraphe 3) ;
et ceci d’unemanière
assezgénérale
pourqu’on
obtienne ainsi uncomplexe "équivalent"
àn’importe quel complexe
derouocs. En
faitt
leprocédé
dePostnikov [ 1 ]
et Zilbor(non publié) permet
d’obtenir un
complexe équivalent
aucomplexe .singulier
den’ importe quel
espace
topologique ;
mais ici nous nous limiterons au cas descomplexes
degroupes. Voir aussi
[~ ~.
1.-
Préliminaires.
e"
Lemme 1 :
Soit F
uncomplexé monoïdal
avechomotopie (Exp. 18, déf. 4)
.Soit tel que
d.d.x = e
n+1 . Alors ilexiste tel que
où
3""(j) désigne (-1)~ .
Démonstration :
on prouve, parrécurrence
sur l’entier l’existence d’un0393n+1
tel queon
prend
d’abordyo
= x $ supposonsdéfini
y 9 aveck ~
n 9 otsons Y k+1
o Pour
cela,
posons.
x
k+1 =
yk (sk
dkyk) si
k pair,xk+1 = ( sk dkyk) yk
si k impair.Raisonnons par
exemple
pour kpair (le
cas où k ostimpair
se traited’une manière analogue) :
on aD’après l’axiome de remplacement (Exp. 18 , paragraphe 2 ) , .
il exi steyk+1
tel que djyk+1
=e
et= djxk+1 pour j
>k .Cet
élément yk+1
satisfait aux conditions voulues.Finalement,
si onprcr.d
y~~ ~
c’est unélément
yqui
satisfait aux conditions del’ énoncé.
Proposition 1 :
s Soit r un complexemonoïdal avec homotopie,
n 0 .
Si r
=0 pour qn , il existe une application multiplicative
naturelle f :
0393 ~ F (TT (0393) , n) . Démonstration ’
ipuisque P
"i
=0 pour q n , on a une
application
naturelle f :
F
~ 03C0n(0393) , et f estmultiplicative.
Deplus,
le lemme 1 contre que f est un
n-cp cycle
deF
à valeurs dansF ) .
,Alors
laproposition
suit del’Exposé 14 y paragraphe
1 .Lemme 2
sSoit F
uncomplexe
de grouper mininal(ci. Exp, 19, para- graphe 2).
Soity ~ F .
tel quedjy = eq pour j ~ k ;
alors~
Démonstration :
posonsd.y=x.
Si soiton a
d.z J
.Z = e qpour j / k+1 ,
etd, k+1z
= x . o Il suffit donc d’examiner le cas où k =q+1 .
Alors y 6FT .(F) ~
etpuisque F
est minimal on a=
~-
,’
.
Notation ? si
F
est uncomplexe
de groupes, et si x , y ~0393q ,
ounote
y]
laquantité
xyxy .
Il estévident
queSoit
)’
uncomplexe
de groupes~ minimal. Si x6 ~ .(’"’) ,
~ ~ ~ q+1 ~ ~k~~~q
P~~~~~ ~ ~
alors[x~y]=e ~ .
°Démonstration
s On a’
Ainsi pour j ~ k ; diaprés
le lemme2 ,
c’estencore vrai
pour j =k~
donc..
0Lemme 4 : Soit
F
uncomplexe
de groupes,minimal.
Si x 6 "H"(0393)
,.u ~ 0393q+1 , v ~0393q+1 , et
si dku = dkv pour unk>0 , alors
En
effet,
cettedernière
relationéquivaut
à[
= enu
v
= y , on estramené
au lemme 3 .Proposition 2 : Soit F
uncomplexe
de groupes, minimal, Q tel queTT(r)
= 0 . Alors 77(F)
est contenu dans lecentre de
.
Démonstration :
c’est trivial si q = 0Supposons
q ~1 ?
et soit~a ~ ~ -l~a-P
~" et causesur
on.a Yq
=eq .
° Ainsi =e .
cequi
prouve laproposi-
tion.
2.- Produit
cartésien tordu induit par une application.
Soit 0393
uncomplexe monoïdal. Rappelons (cf. Exp. 19, paragraphe l)
.lueWq+1(0393)
~0393q
par 03C4(xq ,
.. . ,xo)
=xq .
Soit maintenant Y un
CSS-complexe,
et soitune
CSS-application.
Demême qu’on
adéfini l’espace fibre
induit par uneapplication (Exposé 17~ paragraphe l)~
ondéfinit
ici lecomplexe
corme suit s ses
éléments
de dimension q sont lescouples (x,y)
telsF y
y 6 on pose. .On fait
opérer F
àgauche
dans~~~ ~ ~ ~ g
enposant
On notera encore
T :
Y~ q+1 ~ ~~ q
1’ . ° ~ °Théorème
1.-Soient F
un complexemonoïdal,
Y un complexe CSS et Y ~ W(0393) une CSS-application.Alors (0393, Y , Wf( 0393))
est unproduit cartésien
tordu. ’. Démonstration :
soit On aSi i ==
0 ~
alors’"Cd x
=x) p
et on obtient ladernière identité
desopérateurs
de face d’uncomplexe.
Onachevé
ladémonstration
en obser- vant que =e ~ ~ T~s..x = a~x ~
et par suite~i+1~~~ = s~(x,y) ,
==(x,y) .
3.- Systèmes
dePostnikov.
Définition
1 :. Uncomplexe monoïdal
avechomotopie A
==( A , )
seradit de
(TI y n) si :
Exemple s le
complexe
minimaln) défini
dans1.’ Exposé 19 p paragraphe
3 .Si A
est uncomplexe
detype n) ,
laproposition
1 donneapplication
naturellel1
~~~.~n) .
.Définition 2 g
Unsystème
dePÓstnikov
est uno suiteoù
T~. ~ ... ~ 7T
sont dos groupes~ tousabéliens
sauf etoù :
i1) A
est un.complexe
de groupes dotype (H ~n) ~
2).
°fo
est uneCSS-application W(039B(03C0o,0))
~W(039B(03C01,1)) ;
3) f~
estune X~
2014=.~(/B(nB ~.j~l)) ,
4) pour j0 , Xj+1
est lecomplexe
induit parfj , complexe
note
W i~ -;(A(TÎ. j+-’- ~J+l)) (~"
°paragraphe 2).
°L’application f définit
uneapplication
~ 20142014~
de
valeursdans TT. , .
Un
système
de Postnikov est dit minimal siA (T! ,n)
=r(TT ,n)
pour
tout
n ; dans ce cas, le( j +2 )-cocycle précédent détermine l’applica-
tion
fj .
Cecocycle
est cequ’on appelle
habituellement1’invariant
k,
F 3~
Soit
3~
le"produit cartésien
tordu"(A(~~~l)~(A(Tr~~O),X~) ~
et
soit~
pour n ~>0 ~ ~~~
leproduit cartésien
tordu(A (03C0n+1,n+1) , Xn , Xn+1) défini
parl’application fn .
Lescomplexes
X"
etXn+1
ontmêmes
faces de dimension qpour q ~
n ; soitX "
lecomplexe-limite,
toi queX == X
pourq ~
n . On noteraE2(Xn)
leterme
E
de la suitespectrale
duproduit cartésien
tordu36 .
’
L ’ applicati on f~ définit
unélément
0’~H(lT .1 ~T~) qui
l’image
de la "classe fondamentale" deH2(03C01,2 ; 03C01)
parl’homomorphisme défini
parfo : W(A(n o,0))
2014>W(039B(03C01,1)) . Alors
(Xdétermine une
extension
opar ~~ :
. °définie
à uneéquivalence
d’extensionsprès.
PosonsSoit un
second système de Postnikov :
Un
homomorphi sme
h :X
~jL
consiste dans ladonnée d’applications
ho : W(039B(03C0o,0))
~W(039B’(03C0’o,0)), h" : Xn
~X’n (pour
n1),
telles que :
(a) la
restriction deh~
àX
soith ~
(b) h~~(F * X~~~) C F f X’~ . désignant
lafiltration) .
Alors les
h~
induisent uneapplication
h ~X~20142014~ X’~ .
Dans ce
qui suit,
onde
propose de comparer unsystème
de Postnikovdonné
à unsystème
de Postnikov minimal. ’Lemne 5 $ Soit
A
uncomplexe
decoupes
detype (03C0, n) .
Si~ : /B
20142014~n) désigne l’application naturelle~
il existe uneCSS-application 0393(03C0, n)
~A
telle queq;’c
soitl’identité.
(Mais
ex n’est pasmultiplicative~
engénéral) ..
.
Démonstration :
puisque /B
q ={eq}
pourqn , o
est bien défi-nie pour q n , Soit o
n : TT 20142014~
A
n une
application
telle que03C6n03B1n
(X soitl’identité.
Si xc F 1(03C0, n) , alors, d’après
le lemme1,
il existe un
039B)
tel que =03C0 03B1n(djx)03C3(j) . Définis-
sons
X n+ n+ X
~ On
Jdans le cas où x est non
dégénéré ; sinon, si
x =six’ ,
posons~’n+1~ ~ Sj~(x’).
° Alors~~~(x) =~d~x .
Supposons c~ défini
pour il) ~
et soitx ~
0393n+k+1(03C0, n)
nondégénéré.
° Soityx un élément
tel que= pour i ~
n+k ;
un telyx
existe en vertu de la condi- tion de Kan(Exp, 18~
condition(ii)
de 1~déf. 3).
On a.
~~~k~~n.k~k~~=~~l P~ 0~j~n.k .
°~ ~n~l~~n~k~k~~ représente
unde ~~(~).
groupe
qui
est réduit àl’élément
neutrepuisque k ~
1 . . Il existe donc~
~~n.k.1~ ~~ ~k.l~~~k~k~~k.1~"’’
’On pose
~~..1~1~
=~-~v ’
~~~achève
ladéfinition récurrente
cation ce . Comme estl’identité
en dimension n ~ il en est deen toute dimension.
Lemme
6
s Soit/B
uncomplexe
de groupes detype (~ ~ n) ~
et soit03C6 : 039B
~0393(03C0, n) l’application
naturelle.Si (039B , X , X)
est unproduit cartésien tordu,
il existe ununique produit cartésien
tordu( n),X , Y)
tel quel’application
X 20142014> Ydéfinie
par03C8 (a b)
= x b pour a ~/B
, b ~ X , soit uneCSS-application.
Enoutre,
il existe uneCSS-application 03B2 :
Y~
X telle que03C803B2
soitl’identité.
Démonstration :
soitT’ l’application composée
Y est
d.éjà défini comme ensemble~
et lesapplications d.
ets.
sonttoutes connues sauf
d .
PosonsAlors
(r(w ,n) , X , Y)
est unproduit cartésien tordu,
le seulble avec
03C8 .
Soit maintenant 03B1 : 0393(03C0,
n) ~ 039B
uneCSS-application
tcllo queÇ .
" soit l’identité.
Soit~~ s ~.’ ..~..~.~ ~
1identité
pour q n ; ,:~ïposons
(03B2 (a
xb) = (03B1 a)
x b en dimension n eSoit
ensuite a b ~ Yn+1)on va
définir 03B2 (a
xb) .
Observons quo"
De
plus
xb) = ~, ~ ~d a~ ( ’~-’ b~ )
xSoit a’ =
(~b)~(cT:’b) .
On aIl existe donc un aU
~ 039B
1 toZ que
a’ ,
d. o . Undéfinit
n+l o a.+~ n
t ~ , r~
x’o) = ~ cx
x b si a x b n’ ost pasdégénéré,
sinon on se ~’ ol’opérateur
dedégénérescence.
Supposons
maintenant quef3
soitdéfini
ondimensions
n+k(k 1)
pet soit a x b ~
Yn+k+1 .
Soitai
c:: 039Bn+k tel quePuisque
le groupe03C0n+k(039B)
estréduit
àl’élément neutre,
il existea" ~ 03C0n+k+1(039B) tel que dn+k+1a"
=(dn+k+1a’)-1an+k+1 . Finalement,
sia x b n’est pas
dégénérée
on pose/3(a
xb)
=(a’a")
x b . Ceciachève
L.démonstration
du lemme6 .
Lemme 7 :
Soient f et g deuxCSS-applications
t~~.ics pour
tout ~ ~ ~ ~
n~9 on aitoù h
désigne
uneapplication Xn
~TT .
Alors il existe uneunique
CSS-application 03BBh : Wf(0393(03C0, n))
~ Wg(0393(03C0,n))
telle que :l) ~. soit 1~identité
ondimensions ~
n ;2) ~.(axb)= a(hb)
x b en dimension n ;3)
xb)
=a(
x b endimension
q ;> n ~ oùdésigne
une
appl i cati on X
~F n) .
Démonstration : 03BBh
estdéjà dèfinien dimensions ~
n . En dimensiontout revient à trouver
§h ,
sachant que .d~(~b) = h(d~~b) , d~(~b)
=Or, diaprés
la condition deKan,
il existe un a’ ~ 0393n+1(03C0,n) tel
que=:
h(d..b) ~
et un tel a’ estunique puisque P n)
est.
~~ ’
~-
~r~
minimal
et que TÏn+1(0393(03C0, n))
= 0 .Puisque FT (d-a’) 03C3(J)
=en
pOn
peut
doncprendre ~(b)
=a’ ,
et~
sera uneCSS-application
endimensions ~
n+1 .La
démonstration s’achève iacilenont,
comme celles des lemmes5
ot6 .
,
RemarQue : l’application 03BBh
h du lemme 7 estcompatible
avec lesopérations
àgauche
den) , même si 03BBh
n’est pascompatible
avecles structures de
produit cartésien tordu.
Enoutre,
si Y est un sous-complexe
de X et si h s’annule surY ,
alorsx
b)
= a x b pour a ëF (T~ ~ n) ,
b e Y .Théorème 2.-
Soit.un système
dePostnikov.
et n)2014_~ ~(Tf ~ n) l’application
naturelle.Alors il existe
unsystème
dePostnikov
minimalet des
homomorphismes 03B1 : X ~ y ,et 03B2 : y ~ X ,
1)
03B1° : 0))~ W(0393(03C0o, 0))
soit induit par03C6o ;
2) 03B1 03B2
soitl’identité ;
3) (~~) : H(X~) __3>H(X~)
soitl’identité :
4) ~ a~ ~ (~~ ,n) ~
alors~(a.b) =(~~a).(c~b) .
Démonstration : soit ~ s ~(/B(n~ ~ n))
20142014~n)) l’ a.p-
pli cati on
induite par~~ .
SoitA~ : X~20142014~ ~~
Inapplication naturelle,
etsoit 03BE
n uneCSS-a.pplica.tion
toile que03BBn03BEn
soitl’identité..
L’application X
estdéterminée
par la conditionl)
del’énoncé.
Soit
03B2o
uneCSS-application
telle que03B1o 03B2o
soitl’identité ;
prenonspour
go l’application 03C6-1fo 03B2o .
Cecidéfinit Y1 .
Lesapplications
go03B1o et 03C6-1 f
sonthomotopes ; d’ a.près
le lemme7 ,
il existe donc uneapplication
.Soi t na.intenant
lX~ ~ §~ j~ " ;
Depl us ,
soitl’application
naturelle. On aet on
peut supposer
aété
construit demanière à être 1~identité
sur
l’image de 03A81 .
Parconséquent o( 03B21
estl’identité,
eton
voitfacilement
que(03B2103B11)*
estl’identité.
°
Supposons
enfinque 03B1k , 03B2k , gk-1
aienteté. définis
pour k n .Définissons gn
commeétant 03C6n+1fn03B2n , et
recommençons ladémonstration
.
précédente
enutilisant
les lemmes5, 6,
7 : onachève ainsi
ladémonstra-
tion du
théorème 2 .
°
’
4~- Le
système
dePostnikov d’un complexe
de groupes.Définition :
pour toutcomplexe
de groupesA ~
onnotera A
le sous-complexe d’Eilenberg [~41} ~
secomposant des simplexes
dont toutesles faces de dimension n sont
l’élément
neutre.Il est clair que
A
est unsous-complexe formé
do sous-groupesinvariants,
et que lecomplexe quotient A/~ A
ost uncomplexe
detype
(TlJA)/n).
’
.
.
Définition
4 : soitA
uncomplexe
de groupes ; posons~T ~ = ~ ~ ~
et notons
039B(03C0 n, n)
lecomplexe Supposons
queA
soitconnexe,
i.c.que 11 (A) =0, d’où A= ~A . Définissons X~= .~~ A .
Soit ~ : Xn+1
~X9 l’application naturelle,
et choisissons uneapplication
inversede ~ compatible
avec les ainsiqu’avec
les "pour
i ~-1 .
Alorss’écrit
comme unproduit cartésien
tordu(A(TY .,n+l),X~~~).
On noteraf~ l’application
naturelle, n+1)) ,
et ondéfinira
lesystème
dePostnikov 0((.A)
comme
étant
.,
IL
dépend
du choix desapplications ~ .
Théorème 3.-
SoitA
uncomplexe de croupes tel Que .A = A Alors A est minimal si et seulement si TC(/B) système de
Postnikov
minimale’
Démonstration : évidente
àpartir de définitions.
.. On a vu~ au
paragraphe 3~
que pour unsystème
dePostnikov minimale
°,chaque application f~ est déterminée
par ladonnée
du(nt2 )-cocycle
correspondant de X~
à valeurs dans7T .
Onvoudrait
maintenant voir comment sont faits lescomplexes
de groupes minimaux.’
Définition 5
s si/B
est uncomplexe
de groupes tel queA
==A ~
définissons ~ : -~2014~ A(’n’ . ~
comme suit~:
.
tordu X~ ~ a’ ~ ~a~n+1 ~ ~~~ ~ ~
b,
b’~X~ , ; ,’ ~
, . ; ~ , ,,’
,Si
A (H . , n+l) est abélien,
ondéfinira 03BBfn : Xn Xn
~W(039B(03C0n+1 , n+1)) par 03BBfn(x,x’)
=fn(xx’)fn-1(x’) . Si 039B
eston notera
~ ~ ~ Z~ ((X~x X~)~ ~TT .)
lequi
À ~
, etX~)~ ~~i) La qui détermine ~ .
Théorème 4.- Soit 0393
uncomplexe minimal de groupes. Alors : 1) ~= ~ ~
.2) ~ ~ Z~(X~ ? Tî~~~ ,
enconsidérât X~
un groupe.Démonstration :
on aPar
si x et x’ sont dansX~ ~ = ~ ~(x~x’) ~
ce
qui
prouvel) ..
,De
plus
il est clair que,puisque Xn+1n+1
est un groupe,~ ~
~Z~ (X~ i
; TT est lele
détermine commeextension
du groupe
X~ Et,
en vertu de laproposition 2= ~
les coefficients sontsimples.
.
Bien que ~ : X~x X~
20142014~F (Tf ~ ~ n+l)
ne soit pas uneCSS-application,
on voit facilementqu’elle est déterminée
par sa restric-~~ ~ ~i 2014~ r n~~., ~i) =
°
Ainsi on voit
qu’un complexe
minimal degroupes
estentièrement déter-
mine
par ladonnée~
pourchaque
n ~ d’unélément r ~ Z~ (X~ ?~~~.~~ ~
d’un
élément 03BEn ~ Cn+1(Xn Xn ; 03C0n+1)
telsque 03B403BEn
==03BBfn ,
et celade manière
que si onconsidère 03BEn
comme une2-cochaîne
du groupeXnn+1
avec.
coefficients (simples)
dans~
soit Un2-cocycle.
Lefait
que est un
cocycle exprime
que lediagramme
’est
"presque
commutatif"(cf. Exp. 14? paragraphe 5). ,D’après
lesthéorèmes
3
et 4 del’Exposé 14, il
suffit pour cela quef
soitdans l’image
de lasuspension. En fait,
dansle
casqui
nous occupe,fn
est bien danslainage
do la
suspension, parce
que03B403BEn = 03BBfn
etqu’on a
enmême temps 03BEn ~ Zn+1(Xnn+1 ;03C0n+1) .
Proposition 3 : Si F
est uncomplexe
minimal degroupes,
et sil’application ~ : W~(X~)
estdéfinie
par21-12
2)
lasuspension de 03B6n
estfn .
La
démonstration
estlaissée
au lecteur.Remarque finale :
on ne sait pasgrand
chose ausujet
de l’existence decomplexes
de groupes minimaux. Si ce ne sont pas desproduits
dexes
n) ,
ils nepeuvent
pasêtre ,abélions (en
vertu, duthéorème 6
denais pour le moment la
question
decaractériser
lessystème?
n1ii1iDCUX de Postnikov
qui corrdspondent
auxcomplexes
de groupes minimaux’ semble à