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Poids 3 : première correction pour t = 1

On a vuL[001] tel qued(L[001]) =L[0]·L[01]. Le cas deL[011]

On peut aussi considérer le produit

b=L[01]·L[1]= [t; 1− t x1

, x1,1−x1,1−t].

Mais alors

dA1(b) =L[01]|t=1·[1; 0]6= 0.

On introduit le cycle constantL[01](1) tel que

∀a∈X L[01]|t=a=L[01]|t=1. Concrètement :L[01](1) = [t; 1− 1

x1, x1,1−x1,1−t]X×3. On considère la combinaison linéaire

b= (L[01]−L[01](1))·L[1]. On a bien :

d(b) = 0, dA1(b) = 0, b|t=0=∅.

Le cas deL[011]

Le pull-back par la multiplication de

b= (L[01]−L[01](1))·L[1]

donne alors :

L[011]=µ(b) =[t; 1− t

x2,1−x2

x1, x1,1−x1,1−x2] + [t; 1− t

x2

,1−x2,1− 1 x1

, x1,1−x1] – Le cycleL[011] est bien défini surX=P1\ {0,1,∞}.

– On ad(L[011]) =b= (L[01]−L[01](1))·L[1].

Remarque 2.1. – L[011] n’est pas admissible au pointt= 1.

– Ce problème est similaire à celui rencontré dans [GGL05].

2.3 Poids 4, 5 et 6 exemples formels choisis

Supposons pour l’instant queL[011] est bien défini pourt= 1.

– Ceci pour nous concentrer sur la combinatoire.

Question combinatoire

Quelles sont les combinaisons linéairesb=P

αik,ilcikcil possibles ? – On suppose à chaque fois pouvoir construire lectel qued(c) =b.

Poids 4

– Un exemple similaire àL[011] :

d(L[0111]) = (L[011]−L[011](1))·L[1]. La multiplication parL[1] induit une correction par−L[W](1).

– La correction en−L[01](1)deL[011] “se propage” :

d(L[0011]) =L[0]·L[011]+ (L[001]−L[001](1))·L[1]+L[01]·L[01](1)

Poids5

En poids 5 apparaissent les premiers exemples tels qued(L[–])|t=16= 0 : d(L[01011]) =L[01]·L[011]+ (L[0011]−L[0011](1))·L[1]

+2L[011]·L[01](1) – Jusqu’à présentd(L[−](1)) = 0.

– Ces termes n’interviennent pas dans le calcul ded(b) = 0.

– Ce n’est plus le cas en poids 6.

Poids6

On a par exemple :

d(L[010111]) =L[01]·L[0111]+ (L[00111]−L[00111](1))·L[1]

(L[01011]−L[01011](1))·L[1]

+3L[0111]·L[01](1)+2L[011]·L[011](1).

Le terme end(−L[01011](1)·L[1]) =L[01](1)·L[011](1)·L[1]

vient compenser les termes similaires provenant de

d(L[0111]·L[01](1)) et d(L[011]·L[011](1)).

Observations : les combinaisons linéairesb se composent : – d’une “partie principale” en noir ;

– d’une correction “géométrique et combinatoire” en rougelors de la multiplication parL[1];

– d’un “terme correctif” enbleucorrespondant à “une propagation”.

cadre combinatoire

– La partie principale est :

– duale aux crochets de Lyndon dans Lie(X0, X1), l’algèbre de Lie libre ; – codée par des arbres trivalent avecdLie dual au crochet de Lie.

– Les termes correctifs sont liés à une autre différentielledcysur lesmêmesarbres.

3 Combinatoire : crochets de Lyndon, arbres et diffé-rentielle

3.1 Arbres et algèbre de Lie

Définition 3.1. On noteTt leQ-espace vectoriel engendré par : – les arbres trivalents enracinés

– aux feuilles décorées par 0 et 1.

On pose

Tt,r=T/

T1

T2T3

=−

T1

T3T2

.

On munitTt,r de la loi interne définie par

T1 T2

T3 T4

=

T1T2T3T4

.

Remarque 3.2. La relation correspond au crochet de Lie : Tt,r⊗ Tt,r−→ Tt,r T1T27−→[T1;T2].

– est antisymétrique – maisne vérifie pasJacobi.

Lemme 3.3. On a :Tt,r/identité de Jacobi'Lie(X0, X1).

Définition 3.4. – Un mot de Lyndon enX0 etX1est tel que W =U·V U, V 6=∅ ⇒ W <lexi.V.

– SoitW un mot de Lyndon. On définit par récurrence [W] = [[W1],[W2]]∈Lie(X0, X1) avec

W =W1·W2

W2minimal.

Propriété des crochets de Lyndon

– L’écriture [W] = [[W1],[W2]] avecW1< W2est unique.

– Les crochets de Lyndon [W] forment une base de Lie(X0, X1).

– Les ([W1]∧[W2])W1<W2 forment une base de Lie(X0, X1)∧2. – Le crochet de Lie [ ; ] s’écrit dans ces bases :

[[W1],[W2]] =X

W

αW1,W2,W[W].

3.2 Arbres duaux des crochets de Lyndon

On a alors un ordre total<surT et une baseTdeTt,r : T=

(

T tel que

T1T2

sous arbre deTT1< T2

)

Dualité

– On identifieTt,r à son dual via la baseT.

– On obtient coLie(X0, X1) comme sous espace deTt,r. – On a (T[W])W la base duale des crochets de Lyndon ([W])W. – On a une différentielle duale du crochet :

dLie: coLie(X0, X1)−→coLie(X0, X1)∧2, dLie( •

T1T2

) = •

T1

∧ •

T2

.

Proposition 3.5. On a par dualité :dLie(T[W]) = X

W1<W2

αW1,W2,WT[W1]T[W2].

On peut de plus construire lesTW par récurrence :

T[W]= X

W1<W2

αW1,W2,WT[W1] T[W2].

Exemples

3.3 Une autre différentielle sur les arbres

Une autre différentielle sur les arbres Arbres et cycles

– Dans [GGL05], Gangl, Goncharov et Levin introduisent une différentielle dcy sur des arbres.

– La différentielledcy reflète la différentielle dansNSpec(Q).

Définition 3.6. Uneorientationωd’un arbreT est une numérotation des arrêtes.

Les arbres orientés de [GGL05]

– On poseVt leQ-espace vectoriel engendré par les forêts d’arbresT – orientés,

– à la racine décorée :t, 0 ou 1 – aux feuilles décorées par 0 ou 1 – L’union disjointe induit un produit noté·

L’algèbreTdec,or

On noteTdec,or l’algèbre quotient deVt par les relations : (T, σ(ω)) =ε(σ)(T, ω),

T1T2

0 = 0 et 1

0

= 0.

dcy : Contraction d’arêtes

Soiteune arête d’un arbreT. La contractionT /edeT àeest :

– Sieest interne : on contracte simplement.

– On a une orientation induite surT /e.

Définition 3.7. La différentielledcyest définie par : dcy(T, ω) =X

e∈T

(T /e, ie(ω)) et la règle de Leibniz.

Proposition 3.8. Tdec,or muni dedcy est une DGA.

Une autre différentielle sur les arbres

Proposition 3.9 (Soud.). Soit W un mot de Lyndon. On note encore T[W] son image dansTdec,or (tdécore la racine). On a

dcy(T[W]) = X

Idée de la preuve (par récurrence). – Comme d2Lie = 0, les arêtes internes ne contri-buent pas.

– Les termes enT[W2](1) viennent des feuilles décorées par 1.

– La décomposition de crochets dans la base de Lyndon montrent que l’on a exacte-ment des termes enT[W1]·T[W2](1).

Une autre différentielle sur les arbres Exemples

Une autre différentielle sur les arbres Un exemple en poids 5:T[01011]

4.1 Des arbres aux cycles : une première approche

Observation

– Le système (ED-T) redonne les exemples formels précédents (T[W];L[W]).

– On a donc trouvé un cadre combinatoire.

Passer des arbres aux cycles

Dans [GGL05], Gangl, Goncharov et Levin associent un cycle à un arbre de la façon suivante :

– À chaque arête correspond un facteur1den.

– Les sommets internes sont décorés par des paramètresxi. –

Les cycles obtenusne sont pasadmissibles.

Cependant :

– Considérer le “système différentiel” correspondant à (ED-T) donne d’autres cycles.

– Au départ notre problème est une construction inductive.

Système “différentiel”

On considère dansNX le système “différentiel” suivant : d(L[W]) = X

Question

Peut on construire les cyclesL[W] satisfaisant (ED-L) ? Remarque

– Il est essentiel d’avoir des cycles définis surA1.

– En particulier les cycles doivent être admissibles pourt= 1.

– Les cycles restreints àt= 1 correspondent aux MZV.

4.2 Cas de L

[011]

: problème d’admissibilité en t = 1

Le système (ED-L) :d(L[011]) = (L[01]−L[01](1))·L[1]

Le pull-back par la multiplication de (L[01]−L[01](1))·L[1] donne L[011]= [t; 1− t

x2

,1−x2

x1

, x1,1−x1,1−x2]

+ [t; 1− t x2

,1−x2,1− 1 x1

, x1,1−x1].

Remarque 4.1. – Le cycleL[011] est bien admissible surX=P1\ {0,1,∞}.

– Le second terme de la somme n’apparaît pas en ne considérant que l’arbre.

Problème

– Il ne s’étend pas surA1. Il n’est pas admissible ent= 1.

– On ne peut donc pas par la suite définirL[011](1).

– Exemple :

d(L[00111]) =L[0]·L[0111]+ (L[0011]−L[0011](1))·L[1]

+L[01]·L[011](1)+L[011]L[01](1).

Stratégie : modifier “l’équation différentielle”

– Il faut que le facteur devantL[1] soit vide àt= 1.

– On remplaceL[01]L[01](1) par

L1[01] tel que L1[01]|t=1=∅.

– On calcule le pull-back deL1[01]·L[1]pour obtenirL[011]. Concrètement

Comme x−1x−t = (1−xt)(1−x1)−1, on utilise une formule de multiplication pour obtenir L1[01]= [t;x1t

x1−1, x1,1−x1].

On a ainsi

L[011]= [t; 1− t

x2,x1x2

x1−1, x1,1−x1,1−x2] Remarque

– Il faut modifier le système (ED-L).

– Les deux cyclesL[011] etL[011] donnent le même élément dans H0(B(NX))

4.3 Cycles admissibles pour “t = 1”

Idée

On remplace le système d’équation (ED-L) par deux systèmes d’équations (ED-L) et (ED-L1) donnant respectivement des cycles vides ent= 0 et ent= 1.

Définition 4.2. À partir des coefficients de (ED-L) αW1,W2,βW1,W2 etβW2,W1 on pose pourW16W2:

aW1,W2,W =αW1,W2,W +βW1,W2,W−βW2,W1,W bW1,W2,W =−βW1,W2,W

bW2,W1,W =−βW2,W1,W. et pour 0< W1< W2





a0W1,W2,W =−aW1,W2,W b0W

1,W2,W =aW1,W2,W +bW1,W2,W b0W

2,W1,W =−aW1,W2,W +bW2,W1,W

a00,W2=a0,W2 etb0W1,W1,W =bW1,W1,W

Remarque

Pour obtenir lesaW1,W2,W,bW1,W2,W etbW2,W1,W : - partir de (ED-L)

- remplacer lesL[W2](1) par−(L[W2]L[W2](1)) +L[W2].

Systèmes d’équations(ED-L)et(ED-L1)

On considère pour tout mot de LyndonW de longueur>2.

d(L[W]) = X

W1<W2

aW1,W2,WL[W1]· L[W2]

+ X

W16W2

bW1,W2,WL[W1]· L1[W

2]

+ X

W1<W2

bW2,W1,WL[W2]· L1[W

1]. (ED-L) et

d(L1[W]) = X

W1<W2

a0W1,W2,WL1[W

1]· L1[W

2]

+ X

W16W2

b0W1,W2,WL[W1]· L1[W

2]

+ X

W1<W2

b0W2,W1,WL[W2]· L1[W

1] (ED-L1)

Cycle admissible pour t= 1 On poseL[0]=L[0]etL[1]=L[0].

Théorème 4.3 (Soud.). Pour chaque mot W de longueurp>2 il existe un cycleL[W]

(resp. L1[w]) dansNX1(p)tel que :

L[W] (resp. L1[W]) s’étend en un cycle dansN1

A1(p).

L[W]|t=0=∅(resp.L1[W]|t=1=∅).

L[W] (resp. L1[W]) satisfait (ED-L)(resp.(ED-L1)).

Idée de la preuve

Par induction. On note A0 (resp.A, B) le membre de droite de (ED-T) (resp. (ED-L), (ED-L1)).

– Commedcy(A0) = 0 on montre qued(A) =d(B) = 0

– en utilisant queL[W0]|t=0=L1[W0]|t=1=∅, on montre quedA1(A) =dA1(B) = 0 et queA|t=0=B|t=1=∅.

– On construit alorsL[W]=µ(A) via le pull-back par la multiplicationµ:X×1−→

X.

– On construitL1[W]=ν(B) via le pull-back par la multiplication tordue part7→1−t, ν:X×1−→X.

Exemples de cycles paramétrés en poids4 : première combinaison linéaire On a

d(L[0011]) =L[0]· L[011]+L1[001]· L[1]− L[01]· L1[01]

On obtient

L[0011]= [t; 1− t x3

, x3,1−x3

x2

,x1x2

x1−1, x1,1−x1,1−x2] [t; 1− t

x3

,x3x2

x3−1 , x2,1−x2

x1

, x1,1−x1,1−x3]

−[t; 1− t

x3,1−x3

x2, x2,1−x2,x1x3

x1−1, x1,1−x1]

Différence entre(ED-L)et (ED-L1)en poids5

d(L[00101]) =L[001]· L[01]+L[1]L1[0001] (ED-L) et

d(L1[00101]) =−L1[001]· L1[01]+L[001]· L1[01]− L[01]· L1[001]

+L[1]· L1[0001] (ED-L1) La différence entred(L[00101]) etd(L1[00101]) intervient de façon cruciale en poids 6.

Représentation combinatoire : arbres colorés

– arête colororées et la relation : •

···

1

= 0.

– à une arête

a b

correspond ab a−1 – correspond àµet àν – Exemples :

L[01];

t

0 1

,L1[01];

t

0 1

,L1[001] ;

t

0 0 1

,L[011] ;

t

0 1 1

L[0011];

t

0 0 1 1

+

t

0 0 1 1

t

0 1 0 1

5 Cycles et construction bar

5.1 Cycles et constrcution bar

Note :B(NX)⊂ ⊕nNX⊗nmunit de :x,∆, D.

On rappelle queMX'H0(B(NX))+/produitx Objectif initial :

– Décrire le 1-modèle minimal deNX.

– C’est à dire : donner une base deMX (relativement àMSpec(Q)).

;En explicitant la construction inductive du 1-modèle minimal, on a obtenu les cycles L[W] (etL1[W]).

;Construire les éléments correspondants dans H0(B(NX)).

Remarque

MX est un quotient : moduloD(B−1(NX)) et modulo produits.

Exemples en poids2

LB[01]= [L[01]]−[L[0]|L[1]]∈ NX⊕ NX⊗2 L1,B[01]= [L1[01]]−[L[0]|L[1]] On a

L1[01]=L[01]− L[01](1) +d(C[01]), avecC[01]∈ NX0. Comme [C[01]]∈B−1, on en déduit que

L1,B[01]=LB[01]− LB[01](1) ∈ MX

Exemple en poids4

LB[0011]=[L[0011]] NX⊗1

−[L1[001]|L[1]]−[L[0]|L[011]] + [L[01]|L1[01]] NX⊗2

−[L[01]|L[0]|L[1]]−[L[0]|L[1]|L1[01]] NX⊗3 + [L[0]|L[1]|L[0]|L[1]] + [L[0]|L[0]|L[1]|L[1]] NX⊗4

Remarques

– moduloD(B−1);modulo termes en : – [· · · |d(C)| · · ·] avecC∈ NX0

– certains produits [· · · |L[W]·d(C)| · · ·]

– modulo produitx;questions d’ordre dans [a1| · · · |an].

Proposition 5.1. Pour tout mot de LyndonW de poids >2, on a dansMX : L1,B[W]=LB[W]− LB[W](1)

Le coproduit sur H0(B(NX)) induit une différentielle surMX.

Théorème 5.2 (Soud.). DansMX, les élémentsLB[W] satisfont l’équation (ED-T): dM(LB[W]) = X

W1<W2

αW1,W2,WLB[W

1]· LB[W

2]

+ X

W1<W2

βW1,W2,WLB[W

1]· LB[W

2](1)−βW2,W1,WLB[W

2]· LB[W

1](1)

Remarques

dM correspond au produit motivique de Goncharov (modulo produit).

– De façon équivalente,dM est dual du crochet de Ihara (ou crochet de Poisson).

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