Ivan Shishkin, Rye (1878)

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Une croix comme variété topologique ?

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Solution

Solution by Oakiwi · FR

Notons donc CC cette croix. Supposons par l’absurde que CC possède une structure de variété topologique de dimension n∈N∗n\in \mathbb{N}^{\ast} et considérons un ouvert connexe OO de CC contenant l’origine.
Soit alors φ:O⟶U⊂Rn\varphi : O \longrightarrow U \subset \mathbb{R}^{n} un homéomorphisme (UU étant un ouvert de Rn\mathbb{R}^{n}). Alors d’une part UU est connexe comme image d’un connexe par une application continue‾\underline{\text{image d'un connexe par une application continue}} (argument réutilisé ci-dessous).
Si n≥2n\geq 2, alors φ(O∖{0})=U∖{φ(0)}\varphi\left(O\setminus \left\lbrace 0 \right\rbrace\right)=U\setminus \left\lbrace \varphi(0)\right\rbrace est encore connexe (et même connexe par arcs, faire un dessin), mais O∖{0}O\setminus \left\lbrace 0 \right\rbrace ne l’est pas. C’est ABSURDE. Donc n=1n=1.
Cependant, n=1n=1 est encore ABSURDE puisque U∖{φ(0)}U\setminus \left\lbrace \varphi(0)\right\rbrace admet deux composantes connexes, alors que O∖{0}O\setminus \left\lbrace 0 \right\rbrace en admet 4 (les composantes connexes sont préservées par homéomorphisme).
En conclusion, CC ne peut pas eˆtre muni d’une structure de varieˊteˊ topologique‾\underline{\text{ ne peut pas être muni d'une structure de variété topologique}}.

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