8 CAPÍTULO 1. PRELIMINARES 1.2. Cohomología <strong>de</strong> grupos Para <strong>de</strong>scribir las clases <strong>de</strong> isomorfismo <strong>de</strong> un cierto tipo <strong>de</strong> extensiones necesitaremos algunos resultados básicos <strong>de</strong> cohomología <strong>de</strong> grupos. Sean G y Γ dos grupos y supongamos que Γ actúa en G a <strong>de</strong>recha por automorfismos <strong>de</strong> grupos, es <strong>de</strong>cir, existe una acción G × Γ ↼ −→ G, tal que para todo g, h ∈ G y x ∈ Γ se tiene que (gh) ↼ x = (g ↼ x)(h ↼ x) y 1 ↼ x = 1. (1.3) Dados dos grupos K y L, <strong>de</strong>notamos por Map(K, L) al conjunto <strong>de</strong> funciones <strong>de</strong> K en L. Para n = 0, 1 se <strong>de</strong>finen aplicaciones diferenciales ∂ n por ∂ 0 : Map(1, G) → Map(Γ, G), ∂ 0 (g)(x) = (g ↼ x)g −1 , ∂ 1 : Map(Γ, G) → Map(Γ × Γ, G), ∂ 1 (v)(x, y) = (v(x) ↼ y)v(y)v(xy) −1 , para todo x, y ∈ Γ, g ∈ G y v ∈ Map(Γ, G). Notar que Map(1, G) = G. Con esta <strong>de</strong>finición, se tiene como es usual que ∂ 2 = 1: sean g ∈ G y x, y ∈ Γ, entonces ∂ 2 (g)(x, y) = ∂ 1 (∂ 0 (g))(x, y) = ((∂ 0 (g))(x) ↼ y)(∂ 0 (g))(y)((∂ 0 (g))(xy)) −1 = [((g ↼ x)g −1 ) ↼ y][(g ↼ y)g −1 ][(g ↼ xy)g −1 ] −1 = ((g ↼ x) ↼ y)(g −1 ↼ y)(g ↼ y)g −1 g(g ↼ xy) −1 = (g ↼ xy)(g ↼ xy) −1 = 1. Definición 1.2.1. (i) Una función u ∈ Map(Γ, G) se dice un 1-cobor<strong>de</strong> si u ∈ Im ∂ 0 , es <strong>de</strong>cir, si existe g ∈ G tal que u(x) = ∂ 0 (g)(x) = (g ↼ x)g −1 para todo x ∈ Γ. (ii) Una función v ∈ Map(Γ, G) se dice un 1-cociclo si ∂ 1 (v) = 1, es <strong>de</strong>cir, si v(xy) = (v(x) ↼ y)v(y) para todo x, y ∈ Γ. Como ∂ 2 = 1, todo 1-cobor<strong>de</strong> es un 1-cociclo. Sea Z 1 (Γ, G) el subconjunto <strong>de</strong> 1-cociclos <strong>de</strong> Map(Γ, G). Entonces G = Map(1, G) actúa en Z 1 (Γ, G) por (g · v)(x) = (g ↼ x)v(x)g −1 , (1.4) para todo g ∈ G, v ∈ Z 1 (Γ, G) y x ∈ Γ. En efecto, es claro que 1 · v = v para todo v ∈ Z 1 (Γ, G) y para g, h ∈ G y v ∈ Z 1 (Γ, G), se tiene que para todo x ∈ Γ. Más aún, (g · (h · v))(x) = (g ↼ x)(h · v)(x)g −1 = (g ↼ x)(h ↼ x)v(x)h −1 g −1 = ((gh) ↼ x)v(x)(gh) −1 = ((gh) · v)(x), ∂ 1 (g · v)(x, y) = ((g · v)(x) ↼ y)(g · v)(y)((g · v)(xy)) −1 = [((g ↼ x)v(x)g −1 ) ↼ y][(g ↼ y)v(y)g −1 ][(g ↼ (xy))v(xy)g −1 ] −1 = ((g ↼ x) ↼ y)(v(x) ↼ y)(g −1 ↼ y)(g ↼ y)v(y)v(xy) −1 (g ↼ (xy)) −1 = (g ↼ xy)[(v(x) ↼ y)v(y)v(xy) −1 ](g ↼ (xy)) −1 = (g ↼ xy)[∂ 1 (v)(x, y)](g ↼ (xy)) −1 = (g ↼ xy)(g ↼ (xy)) −1 = 1,
1.2. COHOMOLOGÍA DE GRUPOS 9 lo cual implica que g · v ∈ Z 1 (Γ, G) para todo g ∈ G y v ∈ Z 1 (Γ, G). Esta acción <strong>de</strong>fine en Z 1 (Γ, G) una relación <strong>de</strong> equivalencia. Explícitamente, <strong>de</strong>cimos que dos 1-cociclos v y u son equivalentes, y lo <strong>de</strong>notamos por v ∼ u, si existe g ∈ G tal que v = g · u. Entonces se <strong>de</strong>fine el primer grupo <strong>de</strong> cohomología H 1 (Γ, G) <strong>de</strong> Γ en G como el conjunto dado por el cociente <strong>de</strong> Z 1 (Γ, G) por esta relación <strong>de</strong> equivalencia: H 1 (Γ, G) = Z 1 (Γ, G)/G. En particular, ¯v = ¯1 en H 1 (Γ, G) si y sólo si v es a 1-cobor<strong>de</strong>, i.e. existe g ∈ G tal que v = g · 1 = ∂ 0 (g).