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  <title>Arun Ram: Homotopy theory</title>
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  <meta http-equiv="content-type" content="text/html; charset=UTF-8" />
</head>

<body>
<h2 style="text-align: center">Homotopy Theory</h2>

<p style="text-align: center">Arun Ram<br
style="margin-left: auto; margin-right: auto" />
Department of Mathematics<br style="margin-left: auto; margin-right: auto" />
University of Wisconsin<br style="margin-left: auto; margin-right: auto" />
Madison, WI 53706 USA<br style="margin-left: auto; margin-right: auto" />
ram@math.wisc.edu</p>

<p></p>

<p></p>

<h4>Maps</h4>

<p>If <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
</math> and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Y</mi>
</math> are topological spaces</p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Map</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mo>{</mo>
  <mi>f</mi>
  <mo>:</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>&mid;</mo>
  <mi>f</mi>
  <mtext>is continuous </mtext>
  <mo>}</mo>
  <mo>.</mo>
</math></p>

<p>A <em>based space</em> is a topological space <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
</math> with a distinguished point<math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
</math>, the <em>basepoint </em> of <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
</math>. If <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
</math> and<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Y</mi>
</math> are based spaces</p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msub>
    <mi>Map</mi>
    <mo>*</mo>
  </msub>
  <mo>(</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mo>{</mo>
  <mi>f</mi>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>Map</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&mid;</mo>
  <mi>f</mi>
  <mo>(</mo>
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <msub>
    <mi>y</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
  <mo>}</mo>
  <mtext>,</mtext>
</math></p>

<p>where <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
</math> is the basepoint of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
</math> and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msub>
    <mi>y</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
</math> is the basepoint of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Y</mi>
</math>. </p>

<p>The <em>wedge</em> of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
</math> and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Y</mi>
</math> is the subspace of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
  <mo>×</mo>
  <mi>Y</mi>
</math> given by </p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
  <mo>&vee;</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>=</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>×</mo>
  <msub xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mi>y</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
  <mo>)</mo>
  <mo>&cup;</mo>
  <mo>(</mo>
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
  <mo>×</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>)</mo>
  <mspace width="2em"/>
  <mtext>and</mtext>
  <mspace width="2em"/>
  <mi>X</mi>
  <mo>&wedge;</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>=</mo>
  <mfrac>
    <mrow>
      <mi>X</mi>
      <mo>×</mo>
      <mi>Y</mi>
    </mrow>
    <mrow>
      <mo>langle;</mo>
      <mo>(</mo>
      <mi>x</mi>
      <mo>,</mo>
      <msub>
        <mi>y</mi>
        <mn>0</mn>
      </msub>
      <mo>)</mo>
      <mo>=</mo>
      <mo>(</mo>
      <msub>
        <mi>x</mi>
        <mn>0</mn>
      </msub>
      <mo>,</mo>
      <msub>
        <mi>y</mi>
        <mn>0</mn>
      </msub>
      <mo>)</mo>
      <mo>=</mo>
      <mo>(</mo>
      <msub>
        <mi>x</mi>
        <mn>0</mn>
      </msub>
      <mo>,</mo>
      <mi>y</mi>
      <mo>)</mo>
      <mo>rangle;</mo>
    </mrow>
  </mfrac>
</math></p>

<p>is the <em>smash</em> of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
</math> and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Y</mi>
</math>. Then</p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Map</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>&vee;</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>Z</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mi>Map</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>Map</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>Z</mi>
  <mo>)</mo>
  <mspace width="2em"/>
  <mtext>and</mtext>
  <mspace width="2em"/>
  <msub>
    <mi>Map</mi>
    <mo>*</mo>
  </msub>
  <mo>(</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>&wedge;</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>Z</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <msub>
    <mi>Map</mi>
    <mo>*</mo>
  </msub>
  <mo>(</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>,</mo>
  <msub>
    <mi>Map</mi>
    <mo>*</mo>
  </msub>
  <mo>(</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>Z</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>)</mo>
</math>.</p>

<p><em>Homotopy</em> is the equivalence relation on <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Map</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>)</mo>
</math> given by </p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msub>
    <mi>f</mi>
    <mn>1</mn>
  </msub>
  <mo>&sime;</mo>
  <msub>
    <mi>f</mi>
    <mn>2</mn>
  </msub>
  <mspace width="1em"/>
  <mtext>if there exists </mtext>
  <mi>F</mi>
  <mo>:</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>×</mo>
  <mo>[</mo>
  <mn>0.1</mn>
  <mo>]</mo>
  <mo>&xrarr;</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mspace width="1em"/>
  <mtext>such that </mtext>
  <mi>F</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>x</mi>
  <mo>,</mo>
  <mn>0</mn>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <msub>
    <mi>f</mi>
    <mn>1</mn>
  </msub>
  <mo>(</mo>
  <mi>x</mi>
  <mo>)</mo>
  <mtext>&nbsp;&nbsp;and &nbsp;&nbsp;</mtext>
  <mi>F</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>x</mi>
  <mo>,</mo>
  <mn>1</mn>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <msub>
    <mi>f</mi>
    <mn>2</mn>
  </msub>
  <mo>(</mo>
  <mi>x</mi>
  <mo>)</mo>
</math>,</p>

<p>for <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>x</mi>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>X</mi>
</math>. Let</p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mo>[</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>]</mo>
  <mo>=</mo>
  <mi>Map</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>/</mo>
  <mtext>homotopy</mtext>
</math>.</p>

<h4>Fundamental group, loop space and suspension </h4>

<p>The <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>n</mi>
</math><em>-sphere</em> is</p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mstyle displaystyle="true">
    <msup>
      <mi>S</mi>
      <mi>n</mi>
    </msup>
    <mo>=</mo>
    <mfrac>
      <mrow>
        <mo>[</mo>
        <mn>0,1</mn>
        <msup>
          <mo>]</mo>
          <mi>n</mi>
        </msup>
      </mrow>
      <mrow>
        <mo>langle;</mo>
        <mo>(</mo>
        <msub>
          <mi>s</mi>
          <mn>1</mn>
        </msub>
        <mo>,</mo>
        <mi>&hellip;</mi>
        <mo>,</mo>
        <msub>
          <mi>s</mi>
          <mi>n</mi>
        </msub>
        <mo>)</mo>
        <mo>=</mo>
        <mo>(</mo>
        <mn>0</mn>
        <mo>,</mo>
        <mi>&hellip;</mi>
        <mo>,</mo>
        <mn>0</mn>
        <mo>)</mo>
        <mi>if some </mi>
        <msub>
          <mi>s</mi>
          <mi>i</mi>
        </msub>
        <mo>=</mo>
        <mn>0</mn>
        <mtext>or </mtext>
        <mn>1</mn>
        <mo>rangle;</mo>
      </mrow>
    </mfrac>
    <mspace width="2em"/>
    <mtext>so that </mtext>
    <mspace width="1em"/>
    <msup>
      <mi>S</mi>
      <mn>1</mn>
    </msup>
    <mo>=</mo>
    <mfrac>
      <mrow>
        <mo>[</mo>
        <mn>0,1</mn>
        <mo>]</mo>
      </mrow>
      <mrow>
        <mo>?</mo>
        <mn>0</mn>
        <mo>=</mo>
        <mn>1</mn>
        <mo>?</mo>
      </mrow>
    </mfrac>
    <mspace width="1em"/>
    <mtext>and</mtext>
    <mspace width="1em"/>
    <msup>
      <mi>S</mi>
      <mi>n</mi>
    </msup>
    <mo>=</mo>
    <munder accentunder="false">
      <mrow>
        <msup>
          <mi>S</mi>
          <mn>1</mn>
        </msup>
        <mo>&wedge;</mo>
        <mi>&ctdot;</mi>
        <mo>&wedge;</mo>
        <msup>
          <mi>S</mi>
          <mn>1</mn>
        </msup>
      </mrow>
      <munder>
        <mo>︸</mo>
        <mrow>
          <mi>n</mi>
          <mtext>factors </mtext>
        </mrow>
      </munder>
    </munder>
  </mstyle>
</math>.</p>

<p>The <em>suspension</em> of <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
</math> is </p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>SX</mi>
  <mo>=</mo>
  <msup>
    <mi>S</mi>
    <mn>1</mn>
  </msup>
  <mo>&wedge;</mo>
  <mi>X</mi>
  <mspace width="2em"/>
  <mtext>and </mtext>
  <mspace width="2em"/>
  <mi>Ω</mi>
  <mi>X</mi>
  <mo>=</mo>
  <msub>
    <mi>Map</mi>
    <mo>*</mo>
  </msub>
  <mo>(</mo>
  <msup>
    <mi>S</mi>
    <mn>1</mn>
  </msup>
  <mo>,</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>)</mo>
  <mspace width="1em"/>
  <mtext>with basepoint </mtext>
  <mspace width="1em"/>
  <mtable>
    <mtr>
      <mtd>
        <mo>*</mo>
        <mo>:</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <msup>
          <mi>S</mi>
          <mn>1</mn>
        </msup>
      </mtd>
      <mtd>
        <mo>→</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>X</mi>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi></mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>s</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mo>&map;</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <msub>
          <mi>x</mi>
          <mn>0</mn>
        </msub>
      </mtd>
    </mtr>
  </mtable>
</math></p>

<p>is the <em>loop space</em> of <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
</math>. Then</p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msub>
    <mi>Map</mi>
    <mo>*</mo>
  </msub>
  <mo>(</mo>
  <mi>SX</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&sime;</mo>
  <msub>
    <mi>Map</mi>
    <mo>*</mo>
  </msub>
  <mo>(</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>Ω</mi>
  <mi>Y</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>,</mo>
  <mspace width="2em"/>
  <msup>
    <mi>Ω</mi>
    <mi>n</mi>
  </msup>
  <mi>X</mi>
  <mo>=</mo>
  <msub>
    <mi>Map</mi>
    <mo>*</mo>
  </msub>
  <mo>(</mo>
  <msup>
    <mi>S</mi>
    <mi>n</mi>
  </msup>
  <mo>,</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>,</mo>
  <mspace width="2em"/>
  <msup>
    <mi>S</mi>
    <mi>n</mi>
  </msup>
  <mi>X</mi>
  <mo>=</mo>
  <msup>
    <mi>S</mi>
    <mi>n</mi>
  </msup>
  <mo>&wedge;</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>,</mo>
  <mspace width="2em"/>
  <mi>and</mi>
  <mspace width="2em"/>
  <mo>[</mo>
  <msup>
    <mi>S</mi>
    <mi>n</mi>
  </msup>
  <mi>X</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>]</mo>
  <mo>=</mo>
  <mo>[</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>,</mo>
  <msup>
    <mi>Ω</mi>
    <mi>n</mi>
  </msup>
  <mi>Y</mi>
  <mo>]</mo>
</math>.</p>

<p>The <em>fundamental group</em> of <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
</math> is <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msub>
    <mi>π</mi>
    <mn>1</mn>
  </msub>
  <mo>(</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>,</mo>
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
  <mo>)</mo>
</math>, where </p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msub>
    <mi>π</mi>
    <mi>n</mi>
  </msub>
  <mo>(</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>,</mo>
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mo>[</mo>
  <mo>(</mo>
  <msup>
    <mi>S</mi>
    <mi>n</mi>
  </msup>
  <mo>,</mo>
  <msub>
    <mi>s</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
  <mo>)</mo>
  <mo>,</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>,</mo>
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
  <mo>)</mo>
  <mo>]</mo>
  <mspace width="1em"/>
  <mtext>with product </mtext>
  <mspace width="1em"/>
  <mo>(</mo>
  <msub>
    <mi>f</mi>
    <mn>1</mn>
  </msub>
  <mo>*</mo>
  <msub>
    <mi>f</mi>
    <mn>2</mn>
  </msub>
  <mo>)</mo>
  <mo>(</mo>
  <msub>
    <mi>s</mi>
    <mn>1</mn>
  </msub>
  <mo>,</mo>
  <mi>&hellip;</mi>
  <mo>,</mo>
  <msub>
    <mi>s</mi>
    <mi>n</mi>
  </msub>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mrow>
    <mo>{</mo>
    <mtable>
      <mtr>
        <mtd>
          <mi>f</mi>
          <mo>(</mo>
          <mn>2</mn>
          <msub>
            <mi>s</mi>
            <mn>1</mn>
          </msub>
          <mo>,</mo>
          <mi>&hellip;</mi>
          <msub>
            <mi>s</mi>
            <mi>n</mi>
          </msub>
          <mo>)</mo>
          <mo>,</mo>
        </mtd>
        <mtd>
          <mn>0</mn>
          <mo>&le;</mo>
          <msub>
            <mi>s</mi>
            <mn>1</mn>
          </msub>
          <mo>&le;</mo>
          <mfrac>
            <mn>1</mn>
            <mn>2</mn>
          </mfrac>
          <mo>,</mo>
        </mtd>
      </mtr>
      <mtr>
        <mtd>
          <mi>g</mi>
          <mo>(</mo>
          <mn>2</mn>
          <msub>
            <mi>s</mi>
            <mn>1</mn>
          </msub>
          <mo>–</mo>
          <mn>1</mn>
          <mo>,</mo>
          <msub>
            <mi>s</mi>
            <mn>2</mn>
          </msub>
          <mo>,</mo>
          <mi>&hellip;</mi>
          <mo>,</mo>
          <msub>
            <mi>s</mi>
            <mi>n</mi>
          </msub>
          <mo>)</mo>
          <mo>,</mo>
        </mtd>
        <mtd>
          <mfrac>
            <mn>1</mn>
            <mn>2</mn>
          </mfrac>
          <mo>&le;</mo>
          <msub>
            <mi>s</mi>
            <mn>1</mn>
          </msub>
          <mo>&le;</mo>
          <mn>1</mn>
          <mo>,</mo>
        </mtd>
      </mtr>
    </mtable>
  </mrow>
</math></p>

<p>is the <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msup>
    <mi>n</mi>
    <mi>th</mi>
  </msup>
</math> <em>homotopy group</em> of <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
</math>. Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>G</mi>
</math> be a group. The <em>Eilenberg-Maclane </em> space is a space <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>K</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>G</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>n</mi>
  <mo>)</mo>
</math> that has the homotopy type of a CW-complex,</p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msub>
    <mi>π</mi>
    <mi>n</mi>
  </msub>
  <mo>(</mo>
  <mi>K</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>G</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>n</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>,</mo>
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mi>G</mi>
  <mspace width="2em"/>
  <mtext>and</mtext>
  <mspace width="2em"/>
  <msub>
    <mi>π</mi>
    <mi>i</mi>
  </msub>
  <mo>(</mo>
  <mi>K</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>G</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>n</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>,</mo>
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mn>0</mn>
  <mo>,</mo>
  <mspace width="1em"/>
  <mtext>for &nbsp;</mtext>
  <mi>i</mi>
  <mo>&ne;</mo>
  <mi>n</mi>
  <mo>.</mo>
</math></p>

<p>These are important because</p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msub>
    <mi>H</mi>
    <mi>n</mi>
  </msub>
  <mo>(</mo>
  <mi>G</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&sime;</mo>
  <msub>
    <mi>H</mi>
    <mi>n</mi>
  </msub>
  <mo>(</mo>
  <mi>K</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>G</mi>
  <mo>,</mo>
  <mn>1</mn>
  <mo>)</mo>
  <mo>)</mo>
  <mspace width="2em"/>
  <mtext>and</mtext>
  <mspace width="2em"/>
  <msup>
    <mi>H</mi>
    <mi>n</mi>
  </msup>
  <mo>(</mo>
  <mi>G</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&sime;</mo>
  <msup>
    <mi>H</mi>
    <mi>n</mi>
  </msup>
  <mo>(</mo>
  <mi>K</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>G</mi>
  <mo>,</mo>
  <mn>1</mn>
  <mo>)</mo>
  <mo>)</mo>
  <mtext>.</mtext>
</math></p>

<h4>Fibrations</h4>

<p>A map <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>E</mi>
  <mover>
    <mo>→</mo>
    <mi>p</mi>
  </mover>
  <mi>X</mi>
</math> has the <em>homotopy lifting property</em> with respect to <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Y</mi>
</math> if a lift of the <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mn>0</mn>
</math> end of a homotopy <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Y</mi>
  <mo>×</mo>
  <mo>[</mo>
  <mn>0,1</mn>
  <mo>]</mo>
  <mover>
    <mo>→</mo>
    <mi>h</mi>
  </mover>
  <mi>X</mi>
</math> extends to a lift of the entire homotopy, i.e. given</p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mtable>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi>Y</mi>
        <mo>×</mo>
        <mn>0</mn>
      </mtd>
      <mtd>
        <mover>
          <mo>&xrarr;</mo>
          <mi>f</mi>
        </mover>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>E</mi>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mstyle scriptlevel="-1">
          <mo>↓</mo>
        </mstyle>
      </mtd>
      <mtd>
        <!--        <mi>H</mi>
                                                                                                <mstyle scriptlevel=&quot;-1&quot;>
                                                                                                  <mo>&nearr;</mo>
                                                                                                </mstyle> -->
      </mtd>
      <mtd>
        <mstyle scriptlevel="-1">
          <mo>↓</mo>
        </mstyle>
        <mi>p</mi>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi>Y</mi>
        <mo>×</mo>
        <mo>[</mo>
        <mn>0,1</mn>
        <mo>]</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mover>
          <mo>&xrarr;</mo>
          <mi>h</mi>
        </mover>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>X</mi>
      </mtd>
    </mtr>
  </mtable>
  <mspace width="2em"/>
</math> there exists <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>H</mi>
  <mo>:</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>×</mo>
  <mo>[</mo>
  <mn>0,1</mn>
  <mo>]</mo>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mi>E</mi>
</math> making the diagram commute.</p>

<p>A <em>Hurewicz fibration</em> is <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>E</mi>
  <mover>
    <mo>→</mo>
    <mi>p</mi>
  </mover>
  <mi>X</mi>
</math> such that the homotopy lifting property holds for all spaces <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Y</mi>
</math>. A <em>Serre fibration</em> is <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>E</mi>
  <mover>
    <mo>→</mo>
    <mi>p</mi>
  </mover>
  <mi>X</mi>
</math> such that the homotopy lifting property holds for all simplicial
complexes <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Y</mi>
</math>.</p>

<p>Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
  <mo>:</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mi>X</mi>
</math> be a map of based spaces. The <em>homotopy fiber </em> of <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
</math> is </p>

<p>the fibre <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
  <mo>/</mo>
  <mi>Y</mi>
</math> of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>P</mi>
  <mo>&xrarr;</mo>
  <mi>X</mi>
</math> where <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mspace width="1em"/>
  <mi>P</mi>
  <mo>=</mo>
  <mo>{</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>y</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>ω</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>×</mo>
  <msup>
    <mi>X</mi>
    <mrow>
      <mo>[</mo>
      <mn>0.1</mn>
      <mo>]</mo>
    </mrow>
  </msup>
  <mo>&mid;</mo>
  <mi>f</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>y</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mi>ω</mi>
  <mo>(</mo>
  <mn>1</mn>
  <mo>)</mo>
  <mo>}</mo>
</math></p>

<p>is the push out of of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
</math>,</p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mtable>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi>P</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mover>
          <mo>&xrarr;</mo>
          <msub>
            <mi>pr</mi>
            <mn>2</mn>
          </msub>
        </mover>
      </mtd>
      <mtd>
        <msup>
          <mi>X</mi>
          <mrow>
            <mo>[</mo>
            <mn>0,1</mn>
            <mo>]</mo>
          </mrow>
        </msup>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mstyle scriptlevel="-1">
          <mo>↓</mo>
        </mstyle>
        <mstyle scriptlevel="+1">
          <msub>
            <mi>pr</mi>
            <mn>1</mn>
          </msub>
        </mstyle>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi></mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mstyle scriptlevel="-1">
          <mo>↓</mo>
        </mstyle>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi>Y</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mover>
          <mo>&xrarr;</mo>
          <mi>f</mi>
        </mover>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>X</mi>
      </mtd>
    </mtr>
  </mtable>
  <mspace width="2em"/>
</math> <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mtable>
    <mtr>
      <mtd>
        <mo>(</mo>
        <mi>y</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>ω</mi>
        <mo>)</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mo>&map;</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>ω</mi>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mo>↓</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi></mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mo>↓</mo>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi>y</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mo>&map;</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>ω</mi>
        <mo>(</mo>
        <mn>1</mn>
        <mo>)</mo>
        <mo>=</mo>
        <mi>f</mi>
        <mo>(</mo>
        <mi>y</mi>
        <mo>)</mo>
      </mtd>
    </mtr>
  </mtable>
</math></p>

<p>Explicitly, <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
  <mo>/</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>=</mo>
  <mo>{</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>y</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>ω</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>×</mo>
  <msup>
    <mi>X</mi>
    <mrow>
      <mo>[</mo>
      <mn>0,1</mn>
      <mo>]</mo>
    </mrow>
  </msup>
  <mo>&mid;</mo>
  <mi>ω</mi>
  <mo>(</mo>
  <mn>0</mn>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <msub>
    <mi>x</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
  <mo>,</mo>
  <mi>ω</mi>
  <mo>(</mo>
  <mn>1</mn>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mi>f</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>y</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>}</mo>
</math> and </p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mtable>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi>X</mi>
        <mo>/</mo>
        <mi>Y</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mover>
          <mo>&xrarr;</mo>
          <msub>
            <mi>pr</mi>
            <mn>2</mn>
          </msub>
        </mover>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>PX</mi>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mstyle scriptlevel="-1">
          <mo>↓</mo>
        </mstyle>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi></mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mstyle scriptlevel="-1">
          <mo>↓</mo>
        </mstyle>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi>Y</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mover>
          <mo>&xrarr;</mo>
          <mi>f</mi>
        </mover>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>X</mi>
      </mtd>
    </mtr>
  </mtable>
</math>.</p>

<p>Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>ϕ</mi>
  <mo>:</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>×</mo>
  <mi>X</mi>
</math>. A tricky way to view the <em>fixed points</em> of <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>ϕ</mi>
</math>,</p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mtable columnalign="left">
    <mtr>
      <mtd>
        <msup>
          <mi>X</mi>
          <mi>ϕ</mi>
        </msup>
        <mo>=</mo>
        <mo>{</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>&isin;</mo>
        <mi>X</mi>
        <mo>&mid;</mo>
        <mi>ϕ</mi>
        <mo>(</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>)</mo>
        <mo>=</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>}</mo>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mphantom>
          <msup>
            <mi>X</mi>
            <mi>phiv</mi>
          </msup>
        </mphantom>
        <mo>=</mo>
        <mo>{</mo>
        <mo>(</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>)</mo>
        <mo>&isin;</mo>
        <mi>X</mi>
        <mo>×</mo>
        <mi>X</mi>
        <mo>&mid;</mo>
        <mi>ϕ</mi>
        <mo>(</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>)</mo>
        <mo>=</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>}</mo>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mphantom>
          <msup>
            <mi>X</mi>
            <mi>phiv</mi>
          </msup>
        </mphantom>
        <mo>=</mo>
        <mo>{</mo>
        <mo>(</mo>
        <msub>
          <mi>x</mi>
          <mn>1</mn>
        </msub>
        <mo>,</mo>
        <msub>
          <mi>x</mi>
          <mn>2</mn>
        </msub>
        <mo>)</mo>
        <mo>&isin;</mo>
        <mi>X</mi>
        <mo>×</mo>
        <mi>X</mi>
        <mo>&mid;</mo>
        <mo>(</mo>
        <msub>
          <mi>x</mi>
          <mn>1</mn>
        </msub>
        <mo>,</mo>
        <mi>ϕ</mi>
        <mo>(</mo>
        <msub>
          <mi>x</mi>
          <mn>1</mn>
        </msub>
        <mo>)</mo>
        <mo>)</mo>
        <mo>=</mo>
        <mo>(</mo>
        <msub>
          <mi>x</mi>
          <mn>2</mn>
        </msub>
        <mo>,</mo>
        <msub>
          <mi>x</mi>
          <mn>2</mn>
        </msub>
        <mo>)</mo>
        <mo>}</mo>
      </mtd>
    </mtr>
  </mtable>
</math></p>

<p>is as the push out</p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mtable>
    <mtr>
      <mtd>
        <msup>
          <mi>X</mi>
          <mi>ϕ</mi>
        </msup>
      </mtd>
      <mtd>
        <mo>&xrarr;</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>X</mi>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mstyle scriptlevel="-1">
          <mo>↓</mo>
        </mstyle>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi></mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mstyle scriptlevel="-1">
          <mo>↓</mo>
        </mstyle>
        <mstyle scriptlevel="+1">
          <mi>Δ</mi>
        </mstyle>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi>X</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mover>
          <mo>&xrarr;</mo>
          <mrow>
            <mo>(</mo>
            <mi>id</mi>
            <mo>,</mo>
            <mi>ϕ</mi>
            <mo>)</mo>
          </mrow>
        </mover>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>X</mi>
        <mo>×</mo>
        <mi>X</mi>
      </mtd>
    </mtr>
  </mtable>
  <mtext>,</mtext>
  <mspace width="2em"/>
</math> where <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mspace width="1em"/>
  <mi>Δ</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>x</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>x</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>x</mi>
  <mo>)</mo>
</math>.</p>

<p>The map <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mover>
    <mi>Δ</mi>
    <mi>&Tilde;</mi>
  </mover>
  <mo>:</mo>
  <msup>
    <mi>X</mi>
    <mrow>
      <mo>[</mo>
      <mn>0,1</mn>
      <mo>]</mo>
    </mrow>
  </msup>
  <mo>?</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>×</mo>
  <mi>X</mi>
</math> given by</p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mover>
    <mi>Δ</mi>
    <mi>&Tilde;</mi>
  </mover>
  <mo>(</mo>
  <mi>ω</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>ω</mi>
  <mo>(</mo>
  <mn>0</mn>
  <mo>)</mo>
  <mo>,</mo>
  <mi>ω</mi>
  <mo>(</mo>
  <mn>1</mn>
  <mo>)</mo>
  <mo>)</mo>
  <mo>,</mo>
  <mspace width="2em"/>
  <mtext>for </mtext>
  <mspace width="1em"/>
  <mi>ω</mi>
  <mo>:</mo>
  <mo>[</mo>
  <mn>0,1</mn>
  <mo>]</mo>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mi>X</mi>
</math></p>

<p>is homotopic to <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Δ</mi>
</math> and the <em>homotopy fixed points</em> of <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>ϕ</mi>
</math>,</p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msup>
    <mi>X</mi>
    <mi>ϕ</mi>
  </msup>
  <mo>=</mo>
  <mo>{</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>x</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>ω</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>×</mo>
  <msup>
    <mi>X</mi>
    <mrow>
      <mo>[</mo>
      <mn>0,1</mn>
      <mo>]</mo>
    </mrow>
  </msup>
  <mo>&mid;</mo>
  <mi>ω</mi>
  <mo>(</mo>
  <mn>0</mn>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mi>x</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>ω</mi>
  <mo>(</mo>
  <mn>1</mn>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mi>ϕ</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>x</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>}</mo>
</math>,</p>

<p>is the pushout</p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mtable>
    <mtr>
      <mtd>
        <msup>
          <mi>X</mi>
          <mrow>
            <mi>h</mi>
            <mi>ϕ</mi>
          </mrow>
        </msup>
      </mtd>
      <mtd>
        <mover>
          <mo>&xrarr;</mo>
          <msub>
            <mi>pr</mi>
            <mn>2</mn>
          </msub>
        </mover>
      </mtd>
      <mtd>
        <msup>
          <mi>X</mi>
          <mrow>
            <mo>[</mo>
            <mn>0,1</mn>
            <mo>]</mo>
          </mrow>
        </msup>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mstyle scriptlevel="-1">
          <mo>↓</mo>
        </mstyle>
        <mstyle scriptlevel="+1">
          <msub>
            <mi>pr</mi>
            <mn>1</mn>
          </msub>
        </mstyle>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi></mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mstyle scriptlevel="-1">
          <mo>↓</mo>
        </mstyle>
        <mover>
          <mi>Δ</mi>
          <mi>&Tilde;</mi>
        </mover>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi>X</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mover>
          <mo>&xrarr;</mo>
          <mrow>
            <mo>(</mo>
            <mi>id</mi>
            <mo>,</mo>
            <mi>ϕ</mi>
            <mo>)</mo>
          </mrow>
        </mover>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>X</mi>
        <mo>×</mo>
        <mi>X</mi>
      </mtd>
    </mtr>
  </mtable>
</math>.</p>

<h4>Fibre bundles and classifying spaces</h4>

<p>A <em>fibre bundle</em> with fibre <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>F</mi>
</math> is a surjective map</p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mtable>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi>E</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mtext>total space</mtext>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mstyle scriptlevel="-1">
          <mo>↓</mo>
        </mstyle>
        <mi>p</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi></mi>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi>X</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mtext>base space</mtext>
      </mtd>
    </mtr>
  </mtable>
  <mspace width="2em"/>
</math> such that      if <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>x</mi>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>X</mi>
</math> then <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msup>
    <mi>p</mi>
    <mrow>
      <mo>–</mo>
      <mn>1</mn>
    </mrow>
  </msup>
  <mo>(</mo>
  <mi>x</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&sime;</mo>
  <mi>F</mi>
</math>,</p>

<p>and there is an open covering <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mo>{</mo>
  <msub>
    <mi>U</mi>
    <mi>α</mi>
  </msub>
  <mo>}</mo>
</math> of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
</math> and homeomorphisms <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msub>
    <mi>ϕ</mi>
    <mi>α</mi>
  </msub>
</math> with</p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mtable>
    <mtr>
      <mtd>
        <msub>
          <mi>U</mi>
          <mi>α</mi>
        </msub>
        <mo>×</mo>
        <mi>F</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mover>
          <mo>&xrarr;</mo>
          <msub>
            <mi>ϕ</mi>
            <mi>α</mi>
          </msub>
        </mover>
      </mtd>
      <mtd>
        <msup>
          <mi>p</mi>
          <mrow>
            <mo>–</mo>
            <mn>1</mn>
          </mrow>
        </msup>
        <mo>(</mo>
        <msub>
          <mi>U</mi>
          <mi>α</mi>
        </msub>
        <mo>)</mo>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mstyle scriptlevel="-1">
          <mo>↓</mo>
        </mstyle>
        <mstyle scriptlevel="+1">
          <msub>
            <mi>pr</mi>
            <mn>1</mn>
          </msub>
        </mstyle>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi></mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mstyle scriptlevel="-1">
          <mo>↓</mo>
        </mstyle>
        <mstyle scriptlevel="+1">
          <mi>p</mi>
        </mstyle>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <msub>
          <mi>U</mi>
          <mi>α</mi>
        </msub>
      </mtd>
      <mtd>
        <mo>=</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <msub>
          <mi>U</mi>
          <mi>α</mi>
        </msub>
      </mtd>
    </mtr>
  </mtable>
</math></p>

<p>If <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
  <mo>:</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mi>X</mi>
</math> and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>E</mi>
  <mover>
    <mo>→</mo>
    <mi>p</mi>
  </mover>
  <mi>X</mi>
</math> is a fibre bundle the <em>pullback</em> <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msup>
    <mi>f</mi>
    <mo>*</mo>
  </msup>
  <mo>(</mo>
  <mi>E</mi>
  <mo>)</mo>
</math> is </p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msup>
    <mi>f</mi>
    <mo>*</mo>
  </msup>
  <mo>(</mo>
  <mi>E</mi>
  <mo>)</mo>
  <mover>
    <mo>?</mo>
    <mrow>
      <msup>
        <mi>f</mi>
        <mo>*</mo>
      </msup>
      <mo>(</mo>
      <mi>p</mi>
      <mo>)</mo>
    </mrow>
  </mover>
  <mi>Y</mi>
  <mspace width="2em"/>
</math> given by <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mspace width="2em"/>
  <mtable>
    <mtr>
      <mtd>
        <msup>
          <mi>f</mi>
          <mo>*</mo>
        </msup>
        <mo>(</mo>
        <mi>E</mi>
        <mo>)</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mover>
          <mo>&xrarr;</mo>
          <msub>
            <mi>pr</mi>
            <mn>2</mn>
          </msub>
        </mover>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>E</mi>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mstyle scriptlevel="-1">
          <mo>↓</mo>
        </mstyle>
        <mstyle scriptlevel="+1">
          <msub>
            <mi>pr</mi>
            <mn>1</mn>
          </msub>
        </mstyle>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi></mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mstyle scriptlevel="-1">
          <mo>↓</mo>
        </mstyle>
        <mstyle scriptlevel="+1">
          <mi>p</mi>
        </mstyle>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi>Y</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mover>
          <mo>&xrarr;</mo>
          <mi>f</mi>
        </mover>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>X</mi>
      </mtd>
    </mtr>
  </mtable>
</math></p>

<p>so that <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msup>
    <mi>f</mi>
    <mo>*</mo>
  </msup>
  <mo>(</mo>
  <mi>E</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mo>{</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>y</mi>
  <mo>,</mo>
  <mi>e</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&mid;</mo>
  <mi>f</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>y</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mi>p</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>e</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>}</mo>
</math>. </p>

<p>A <em>covering space</em> of <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
</math> is a fibre bundle with discrete fiber. The <em>universal cover</em>
of a path connected space is a covering space <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>E</mi>
</math> of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
</math> which is path connected and has <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msub>
    <mi>π</mi>
    <mn>1</mn>
  </msub>
  <mo>(</mo>
  <mi>E</mi>
  <mo>,</mo>
  <msub>
    <mi>e</mi>
    <mn>0</mn>
  </msub>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mn>0</mn>
</math> (is simply connected?).</p>

<p><strong>Example.</strong> Picture of Mobius band.</p>

<p>Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>G</mi>
</math> be a group. A <em>principal</em> <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>G</mi>
</math><em>-bundle</em> is a fibre bundle <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>E</mi>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mi>X</mi>
</math> with fiber <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>G</mi>
</math> and a right action <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>E</mi>
  <mo>×</mo>
  <mi>G</mi>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mi>G</mi>
</math>. A <em>universal </em><math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>G</mi>
</math><em>-bundle</em> is a principal <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>G</mi>
</math>-bundle</p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mtable>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi>E</mi>
        <mi>G</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi></mi>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mstyle scriptlevel="-1">
          <mo>↓</mo>
        </mstyle>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi></mi>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi>B</mi>
        <mi>G</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mtext>classifying space </mtext>
      </mtd>
    </mtr>
  </mtable>
  <mspace width="2em"/>
</math> such that <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mspace width="2em"/>
  <mtable>
    <mtr>
      <mtd>
        <mo>[</mo>
        <mi>X</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>B</mi>
        <mi>G</mi>
        <mo>]</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mo>&xrarr;</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mo>{</mo>
        <mtext>principal </mtext>
        <mi>G</mi>
        <mtext>-bundles on </mtext>
        <mi>X</mi>
        <mo>}</mo>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi>f</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mo>&map;</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <msup>
          <mi>f</mi>
          <mo>*</mo>
        </msup>
        <mo>(</mo>
        <mi>E</mi>
        <mi>G</mi>
        <mo>)</mo>
      </mtd>
    </mtr>
  </mtable>
  <mspace width="1em"/>
</math> is a bijection.</p>

<p>Then</p>
<ul>
  <li>If <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
      <mi>G</mi>
    </math> is discrete <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
      <mi>B</mi>
      <mi>G</mi>
      <mo>=</mo>
      <mi>K</mi>
      <mo>(</mo>
      <mi>G</mi>
      <mo>,</mo>
      <mn>1</mn>
      <mo>)</mo>
    </math> and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
      <mi>E</mi>
      <mi>G</mi>
    </math> is the universal cover of <math
    xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
      <mi>B</mi>
      <mi>G</mi>
    </math>.</li>
  <li><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
      <mi>E</mi>
      <mi>G</mi>
    </math> is the unique, up to homotopy, contractible space on which <math
    xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
      <mi>G</mi>
    </math> acts freely.</li>
  <li><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
      <mi>Ω</mi>
      <mi>B</mi>
      <mi>G</mi>
      <mo>&sime;</mo>
      <mi>G</mi>
    </math>.</li>
</ul>

<p>Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
</math> and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Y</mi>
</math> be topological spaces. The <em>join</em> of <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
</math> and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>Y</mi>
</math> is </p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
  <mo>*</mo>
  <mi>Y</mi>
  <mo>=</mo>
  <mfrac>
    <mrow>
      <mi>X</mi>
      <mo>&times;</mo>
      <mo>[</mo>
      <mn>0.1</mn>
      <mo>]</mo>
      <mo>&times;</mo>
      <mi>Y</mi>
    </mrow>
    <mrow>
      <mo>langle;</mo>
      <mo>(</mo>
      <mi>x</mi>
      <mo>,</mo>
      <mn>0</mn>
      <mo>,</mo>
      <mi>y</mi>
      <mo>)</mo>
      <mo>=</mo>
      <mo>(</mo>
      <msup>
        <mi>x</mi>
        <mi>&prime;</mi>
      </msup>
      <mo>,</mo>
      <mn>0</mn>
      <mo>,</mo>
      <mi>y</mi>
      <mo>)</mo>
      <mo>,</mo>
      <mo>(</mo>
      <mi>x</mi>
      <mo>,</mo>
      <mn>1</mn>
      <mo>,</mo>
      <mi>y</mi>
      <mo>)</mo>
      <mo>=</mo>
      <mo>(</mo>
      <mi>x</mi>
      <mo>,</mo>
      <mn>1</mn>
      <mo>,</mo>
      <msup>
        <mi>y</mi>
        <mi>&prime;</mi>
      </msup>
      <mo>)</mo>
      <mo>rangle;</mo>
    </mrow>
  </mfrac>
</math></p>

<p>The Milnor construction of the classifying space of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>G</mi>
</math>
is by letting 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>G</mi>
</math> act on </p>

<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>E</mi>
  <mi>G</mi>
  <mo>=</mo>
  <mi>G</mi>
  <mo>*</mo>
  <mi>G</mi>
  <mo>*</mo>
  <mi>&ctdot;</mi>
  <mo>=</mo>
 <mstyle displaystyle="true">
  <mfrac>
    <mrow>
      <mo>{</mo>
      <mo>(</mo>
      <msub>
        <mi>t</mi>
        <mn>1</mn>
      </msub>
      <msub>
        <mi>g</mi>
        <mn>1</mn>
      </msub>
      <mo>,</mo>
      <msub>
        <mi>t</mi>
        <mn>2</mn>
      </msub>
      <msub>
        <mi>g</mi>
        <mn>2</mn>
      </msub>
      <mo>,</mo>
      <mi>&hellip;</mi>
      <mo>)</mo>
      <mo>&mid;</mo>
      <msub>
        <mi>t</mi>
        <mi>i</mi>
      </msub>
      <mo>&isin;</mo>
      <mo>[</mo>
      <mn>0,1</mn>
      <mo>]</mo>
      <mo>,</mo>
      <mo>&sum;</mo>
      <msub>
        <mi>t</mi>
        <mi>i</mi>
      </msub>
      <mo>=</mo>
      <mn>1</mn>
      <mo>,</mo>
      <mtext>most &nbsp;</mtext>
      <msub>
        <mi>t</mi>
        <mi>i</mi>
      </msub>
      <mo>=</mo>
      <mn>0</mn>
      <mo>}</mo>
    </mrow>
    <mrow>
      <mo>{</mo>
      <mo stretchy="false">(</mo>
      <msub>
        <mi>t</mi>
        <mn>1</mn>
      </msub>
      <msub>
        <mi>g</mi>
        <mn>1</mn>
      </msub>
      <mo>,</mo>
      <msub>
        <mi>t</mi>
        <mn>2</mn>
      </msub>
      <msub>
        <mi>g</mi>
        <mn>2</mn>
      </msub>
      <mo>,</mo>
      <mi>&hellip;</mi>
      <mo stretchy="false">)</mo>
      <mo>=</mo>
      <mo stretchy="false">(</mo>
      <msub>
        <mi>t</mi>
        <mn>1</mn>
      </msub>
      <msubsup>
        <mi>g</mi>
        <mn>1</mn>
        <mi>&prime;</mi>
      </msubsup>
      <mo>,</mo>
      <msub>
        <mi>t</mi>
        <mn>2</mn>
      </msub>
      <msubsup>
        <mi>g</mi>
        <mn>1</mn>
        <mi>&prime;</mi>
      </msubsup>
      <mo>,</mo>
      <mi>&hellip;</mi>
      <mo stretchy="false">)</mo>
      <mtext>&nbsp; if &nbsp;</mtext>
      <msub>
        <mi>g</mi>
        <mi>i</mi>
      </msub>
      <mo>=</mo>
      <msubsup>
        <mi>g</mi>
        <mi>i</mi>
        <mi>&prime;</mi>
      </msubsup>
      <mtext>&nbsp; for &nbsp;</mtext>
      <msub>
        <mi>t</mi>
        <mi>i</mi>
      </msub>
      <mo>&ne;</mo>
      <mn>0</mn>
      <mo>}</mo>
    </mrow>
  </mfrac>
  </mstyle>
</math></p>

<p>by <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mo>(</mo>
  <msub>
    <mi>t</mi>
    <mn>1</mn>
  </msub>
  <msub>
    <mi>g</mi>
    <mn>1</mn>
  </msub>
  <mo>,</mo>
  <msub>
    <mi>t</mi>
    <mn>2</mn>
  </msub>
  <msub>
    <mi>g</mi>
    <mn>2</mn>
  </msub>
  <mo>,</mo>
  <mi>&hellip;</mi>
  <mo>)</mo>
  <mi>g</mi>
  <mo>=</mo>
      <mo>(</mo>
      <msub>
        <mi>t</mi>
        <mn>1</mn>
      </msub>
      <msub>
        <mi>g</mi>
        <mn>1</mn>
      </msub>
      <mi>g</mi>
      <mo>,</mo>
      <msub>
        <mi>t</mi>
        <mn>2</mn>
      </msub>
      <msub>
        <mi>g</mi>
        <mn>2</mn>
      </msub>
      <mi>g</mi>
      <mo>,</mo>
      <mi>&hellip;</mi>
      <mo>)</mo>
</math> and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>B</mi>
  <mi>G</mi>
  <mo>=</mo>
  <mi>E</mi>
  <mi>G</mi>
  <mo>/</mo>
  <mi>G</mi>
</math>.</p>

<p></p>

<p></p>
</body>
</html>
