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Cohomologie de la vari´ et´ e de Deligne-Lusztig

On relie les repr´esentations elliptiques πiθ0 dans 3.3 aux cohomologies de vari´et´e de Deligne-Lusztig DLd−1

Fq (cf. (3.1.5) (b)). Les lettres ´epaisses G,P,L,U,V... seront utilis´ees pour les groupes alg´ebriques lin´eaires sur Fq. G sera toujours le groupe lin´eaire GLd surFq, et on fixe un morphisme de FrobeniusF : (ai,j)7→(aqi,j). SoitV un sous-groupe unipotent deG,la vari´et´e de Deligne-Lusztig associ´ee est d´efinie par (voir [BR03])

YVG:={gV∈G/V | g−1F g ∈VF(V)}.

(3.4.1) Fixons une injection d’alg`ebres

ι:Fqd ,→Md(Fq) = EndFq(Fdq).

Le centralisateur de ι(F×qd) dansG est un tore maximalF-stable T deG,d´eploy´e sur Fqd. T est un tore Coxeter de G, etTF ∼=F×qd. Notons V :=Fdq etV :=FqFq V. Alors, on a

V =

d−1

M

i=0

Vi, avecVi ={v ∈V | ι(λ)(v) =λqiv,∀λ∈F×qd}.

Posons B le sous-groupe de Borel associ´e au drapeau complet 0⊂V0 ⊂V0⊕V1 ⊂ · · · ⊂ M

i<d−1

Vi ⊂V ,

et Uson radical unipotent.

Soit d=ef.Notons L le centralisateur de ι(F×qf) dans G. L est un sous-groupe de Levi F-stable de G d´efini sur Fqf;L contient T, etLF ∼= GLe(Fqf).Si l’on note

Vj ={v ∈V | ι(λ)(v) =λqjv,∀λ∈F×qf}= M

i≡j modf

Vi,

L est associ´e `a la d´ecomposition V = Lf−1

j=0Vj. Posons P le sous-groupe parabolique associ´e au drapeau

0⊂V0 ⊂V0⊕V1 ⊂ · · · ⊂ M

j<f−1

Vj ⊂V ,

et V son radical unipotent. NotonsBL :=B∩L=TnUL un sous-groupe de Borel deL de radical unipotent UL.

Soit θ0 un caract`ere f-primitif de F×qf. En composant avec la norme deFqd sur Fqf,on d´efinit un caract`ere θ :=θ0◦NF

qd/Fqf de F×qd. La classe de conjugaison Frobenius de θ correspond `a une classe de conjugaison d’´el´ements semi-simples {s}dans le groupe dual G deG. On identifie L au groupe dual du centralisateur de s dans G. Dans [BR03, Thm. A’], Bonnaf´e et Rouquier ont associ´e `a s un idempotent central eLsF ∈Q`LF. Soit t ∈ {s} ∩T correspondant `a θ; l’idempotent eTtF est alors l’idempotent associ´e au caract`ere θ.

PosonsRL⊂PG l’induction de Lusztig d´efinie par somme altern´ee [Lus76, §1]. Le morphismeRL⊂PG induit une bijection

RGL⊂P :BGL1,θ0e(Fqf)−→BGLf,θ0d(Fq).

(3.4.2) Fait– On aRGL⊂P((θ0◦det)⊗π0i1) = (−1)d+eπiθ0,o`uπ0i1 signifie la repr´esentation elliptique de GLe(Fqf) associ´ee au caract`ere trivial et la partition (i+ 1,1e−1−i).

Preuve : D’apr`es [Dip85, 4.5] et [FS82, Page 116], πiθ0 = εGFεLFRGL⊂P((θ0 ◦ det) ⊗π0i1) avec

εGF = (−1)d et εLF = (−1)e.

(3.4.3) Proposition.– Rappelons bri`evement que la vari´et´e DLd−1

Fq est munie une action de GLd(Fq), et qu’elle est un F×qd-torseur au-dessus de l’espace de Drinfeld Ωd−1

Fq sur Fq qui est le compl´ementaire de tous les hyperplansFq-rationnels dans Pd−1Fq (cf. [Wan14, 2.5.1]). Notons M(θ) la partie θ-isotypique d’un F×qd-module M. Alors, en tant que repr´esentations de GLd(Fq), on a

Hcd−1+i(DLd−1

Fq ,Q`)(θ)∼=πiθ0, ∀i∈ {0, . . . , e−1}.

Preuve : On utilise le r´esultat de l’ind´ependance de paraboliques prouv´e dans [BDR15]. Nous avons des isomorphismes de vari´et´es

YUG ∼= DLd−1

Fq

YUL

L

∼= DLe−1

Fq , ainsi qu’un isomorphisme grˆace `a [Lus76, Lemma 3],

(3.4.4) YVG×LF YUL

L

∼=YVUG

L.

Notons queVUL est le radical unipotent d’un sous-groupe de BorelB0 := (B∩L)V de G. D’apr`es, [BR03, Thm. B’], YVG(resp. YUL

L) est de dimension e(d−e) (resp. e−1), et le complexeRΓ(YVG)eLsF est concentr´ee en degr´e e(d−e). En vertu de [BDR15, 5.16 et 5.17], les parties θ-isotypiques des complexes de cohomologies deYUGet deYVUG L sont isomorphes, `a un d´ecalage de la diff´erence de leurs dimensions et un twist `a la Tate pr`es. Tenant compte du fait que RΓ(YULL)eTtF = eLsFRΓ(YULL)eTtF ([BR03, Thm. 11.4]), on a

Hcd−1+i(DLd−1

Fq ,Q`)(θ) =He(d−e)+e−1+i

c (YVG×LF YUL

L,Q`)eTtF

=He(d−e)(YVG)eLsFQ

`[LF]Hce−1+i(YUL

L)(θ)

= (−1)e(d−e)RGL⊂P((θ0◦det)⊗π0i1)

= (−1)e(e−1)(f−1)πiθ0iθ0.

o`u la derni`ere ´egalit´e d´ecoule de (3.4.2). D’o`u l’´enonc´e.

On peut calculer les valeurs propres de Frobenius sur les cohomologies de YUG ∼= DLd−1

Fq . (3.4.5) Proposition.– Le Frobenius Ff agit sur Hcd−1+i(YUG,Q`)(θ) par le scalaire

(−1)e(f−1)θ0((−1)e−1)·(qf)d−e2 +i.

Remarque.– Un autre calcul des valeurs propres de Frobenius a ´et´e obtenu par T.-H. Nguyen dans sa th`ese.

Preuve : En vertu de [BDR15, 5.17], on a un isomorphisme F-´equivariant Hcd−1+i(YUG)(θ)((e−1)(d−e)

2 )∼=He(d−e)+e−1+i

c (YVUG

L)(θ).

Comme V est Ff-stable, l’isomorphisme 3.4.4 : YVG×LF YUL

L

∼=YVUG

L

est Ff-´equivariant. Donc il suffit de calculer la valeur propre de Ff sur He(d−e)+e−1+i

c (YVG×LF YULL)(θ)(−(e−1)(d−e)

2 ).

Comme pr´ec´edemment, on a l’expression suivante He(d−e)+e−1+i

c (YVG×LF YUL

L)(θ) =Hce(d−e)(YVG)eLsF

Q`[LF]Hce−1+i(YUL

L)eTtF.

Alors, le valeur propre de Ff est ´egal `a µ1·µ2, o`u µ1 (resp. µ2) d´esigne la valeur propre de Ff sur Hce−1+i(YUL

L)eTtF (resp.Hce(d−e)(YVG)(−(e−1)(d−e)2 )eLsF).

Commen¸cons par le calcul de µ1. (3.4.6) Lemme.– µ10((−1)e−1)qf i.

Preuve : Ceci est essentiellement donn´e par Digne et Michel [DM85]. Rappelons que YUL

L est isomorphe `a la vari´et´e DLe−1

Fqf d´efinie par l’´equation :

det((Xiqf j)06i,j6e−1)qf−1 = (−1)e−1.

Notons que dans [DM85], les auteurs ont consid´er´e la vari´et´e d´efinie par l’´equation det((Xiqf j)06i,j6e−1)qf−1 = 1.

Soit g ∈GLe(Fqf),notons, suivant eux [DM85, Page 12] (not´e Nw1˙(θ)(g) dans loc. cit.), Nθ(g) := Trace(gFf|Hc(YUL

L)eTtF) :=X

k

(−1)kTrace(gFf|Hck(YUL

L)eTt F).

Rappelons que s se correspond `a θ,etθ =θ0 ◦NF

qd/Fqf.

Fait.– (a) En tant que repr´esentations de GLe(Fqf), on a Hck(YUL

L)eTtF =Hck(Ωe−1

Fqf,Q`)⊗θ0−1◦det, ∀k.

(b) Pour tout g ∈GLe(Fqf), on a

(3.4.7) Nθ(g) = θ0((−1)e−1)·N1(g)·θ0−1(det(g));

Preuve : (a) d´ecoule du fait que l’´el´ement (g, ζ) ∈ GLe(Fqf)×F×qd avec det(g)·NF

qd/Fqf(ζ) = 1 stabilise une composante connexe g´eom´etrique fix´ee de DLe−1

Fqf. (b) d´ecoule de [DM85, V. Corollaire 3.3], avec le facteur suppl´ementaireθ0((−1)e−1) qui vient du fait que DLe−1

Fqf est d´efinie par l’´equation det((Xiqf j)06i,j6e−1)qf−1 = (−1)e−1.

On revoie les lectures `a [Wan14, Thm. 3.1.12] pour les d´etails.

Posons g un ´el´ement r´egulier elliptique de GLe(Fqf). D’apr`es [DOR10, Prop. 3.3.9], on a

Preuve : La strat´egie de la d´emonstration est la suivante. Notons Ru(H) le radical unipotent d’un groupe r´eductif connexe H.On va choisir un sous-groupe de BorelB dansP:=LV tel que l’on a un isomorphismeFf-´equivariant :

YRGu(B)∼=YVG×LF YRLu(B∩L)

et que l’on connaˆıt la valeur propre de Ff sur la partie θ-isotypique de la cohomologie de YRL

u(B∩L). Ensuite, on trouve un autre sous-groupe de BorelB0 tel queB∩L =B0∗∩L,et que l’on connaˆıt la

valeur propre de Ff sur la partie θ-isotypique de sa cohomologie. En vertu du r´esultat de [BDR15], les valeurs propres de Ff sur la partieθ-isotypique de la cohomologie de YRG

u(B) et de celle de YRG Fq-automorphisme de V .Les ιi induisent une injection

ι:=ι1× · · · ×ιe: (F×qf)e,→AutFq(V1)× · · · ×AutFq(Ve)⊂AutFq(V1 ⊕ · · · ⊕Ve),→G.

Le centralisateur deι((F×qf)e) dansGest un tore maximalF-stableTdont la structure rationelle est donn´ee par la restriction de scalaires ResF

qf/Fq(Gm)e. De plus, TF = ι((F×qf)e). L’action de F×qf sur Vi induite parιi fait une d´ecomposition en sous-espaces de dimension 1

Vi =

f−1

M

j=0

Vi,j, o`uVi,j :={v ∈Vi | ιi(λ)(v) = λqjv,∀λ∈F×qf}.

On note B0 le sous-groupe de Borel de G associ´e au drapeau complet d´efini par les sous-espaces vectoriels successifs

0, V1,0, V1,1, . . . , V1,f−1, V2,0, V2,1, . . . , V2,f−1, . . . , Ve,0. . . Ve,f−1,

etRu(B0) son radical unipotent. NotonsL0 le sous-groupe de LeviF-stable associ´e `a la d´ecomposition V =

e

M

i=1

Vi,

et P0 le sous-groupe paraboliqueF-stable associ´e au drapeau 0⊂V1 ⊂V1⊕V2 ⊂ · · · ⊂M

En fait, Vj = Le

i=1Vi,j. Notons L le sous-groupe de Levi F-stable associ´e `a cette d´ecomposition V =Lf−1

j=0 Vj,et Ple sous-groupe parabolique de G correspondant au drapeau 0⊂V0 ⊂V0⊕V1 ⊂ · · · ⊂ M

j<f−1

Vj ⊂V ,

et Ru(P) le radical unipotent de P. On note B le sous-groupe de Borel F-stable de G associ´e au drapeau complet d´efini par les sous-espaces vectoriels successifs

0, V1,0, V2,0, . . . , Ve,0, V1,1, V2,1, . . . , Ve,1, . . . , V1,f−1. . . Ve,f−1,

sur l’ind´ependance du sous-groupe parabolique . On obtient

Hce(d−e)(YRGu(P)×LF YRLu(B∩L))(θ) = (−1)e(d−e)·(−1)d−e·Hcd−e(YRGu(P0)×L0F YRLu0(B0∩L0))(θ)((e−1)(d−e)