The Seifert-van Kampen theorem computes the fundamental group of a space from the fundamental groups of its constituents. We develop a modular SVK framework within the setting of computational paths - an approach to equality where witnesses are explicit sequences of rewrites governed by the LNDEQ-TRS. Our contributions are: (i) pushouts as higher-inductive types with modular typeclass assumptions for computation rules; (ii) free products and amalgamated free products as quotients of word representations; (iii) an SVK equivalence schema parametric in user-supplied encode/decode structure; and (iv) instantiations for classical spaces - figure-eight (pi_1(S^1 v S^1) = Z * Z), 2-sphere (pi_1(S^2) = 1), and 3-sphere (pi_1(S^3) = 1) with Hopf fibration context. Recent extensions include higher homotopy groups pi_n via weak infinity-groupoid structure (with pi_2 abelian via Eckmann-Hilton), and pi_1 >= 1 in the 1-groupoid truncated setting; truncation levels connecting the framework to HoTT; automated path simplification tactics; basic covering space theory with pi_1-actions on fibers; fibration theory with long exact sequences; and Eilenberg-MacLane space characterization (S^1 = K(Z,1)). The development is formalized in Lean 4 with 41,130 lines across 107 modules, using 36 kernel axioms for HIT type-constructor declarations.


翻译:Seifert-van Kampen定理通过空间各组成部分的基本群来计算该空间的基本群。我们在计算路径的框架下发展了一个模块化的SVK(Seifert-van Kampen)体系——这是一种处理相等性的方法,其见证者是受LNDEQ-TRS(逻辑自然演绎等式项重写系统)支配的显式重写序列。我们的主要贡献包括:(i)将推出(pushout)构造为具有模块化类型类假设的高阶归纳类型,以支持计算规则;(ii)将自由积与融合自由积(amalgamated free product)构造为词表示(word representation)的商集;(iii)提出一个参数化的SVK等价模式,其参数可由用户提供的编码/解码结构定制;(iv)对经典空间进行实例化——例如八字形空间(pi_1(S^1 v S^1) = Z * Z)、2维球面(pi_1(S^2) = 1)以及在Hopf纤维化背景下的3维球面(pi_1(S^3) = 1)。近期的扩展工作包括:通过弱无穷群胚结构研究高阶同伦群 pi_n(其中 pi_2 的阿贝尔性由Eckmann-Hilton论证给出),以及在1-群胚截断(truncated)设定下研究 pi_1 >= 1;将截断层级与该框架及同伦类型论(HoTT)相关联;自动化的路径简化策略;包含纤维上 pi_1-作用的基本覆叠空间理论;具有长正合序列的纤维化理论;以及Eilenberg-MacLane空间的刻画(例如 S^1 = K(Z,1))。该成果已在Lean 4中完成形式化,包含107个模块共计41,130行代码,并使用了36个内核公理以声明高阶归纳类型的构造子。

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