S ÉMINAIRE N. B OURBAKI
P IERRE S AMUEL
Les fonctions holomorphes abstraites de Zariski
Séminaire N. Bourbaki, 1954, exp. n
o86, p. 335-343
<
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335
LES FONCTIONS HOLOMORPHES ABSTRAITES DE ZARISKI par Pierre SAMUEL
Séminaire
BOURBAKI(Décembre 1953)
1. Introduction.:
Un
cycle (de
dimensionr)
est une combinaisonlinéaire
formelle àcoefficients
entiers devariétés algébriques
de dimension r del’espace projectif P (sur
un "domaine universel" de
caractéristique quelconque) ;
il est ditpositif
si sescoefficients sont
positifs.
Laréunion
desvariétés figurant
dansl’expression
(réduite)
d’uncycle ~ s’appelle
lesup~port_
de X. Nouspréciserons plus
loinla notion de
système algébrique
decycles.
Dans le casclassique,
on a lerésultat
suivant
(remarqué
parENRIQUES) :
Principe
dedégénérescence.
Sile support
ducycle générique
d’unsystème irré-
ductible
(S)
decycles positifs
estirréductible (c’est-à-dire
est unevariété)
alors
lesupport
detout
X ~(S )
est connexe.EXEMPLE. -
Dégénérescence
d’unecubique gauche. Démonstration simple
par voietopologique.
Le
principe
dedégénérescence
conserve un sens sur un domaine universel decaractéristique quelconque 1
pardéfinition
l’on diraqu’un
ensemblealgébrique (c’est-à-dire
uneréunion
finie devariétés)
est connexe s’il n’est pasréunion
de deux sous-ensemblesalgébriques
propres etdisjoints ;
ceci est la connexion pour la"topologie
de Zariski" où lesfermés
sont les ensemblesalgébriques ;
dansle cas
classique,
et pour les ensemblesalgébriques,
elle coincide avec la connexion ordinaire(une variété étant
connexe au sensordinaire).
Le butprincipal
deZARISKI était
de montrer que ceprincipe
reste vrai dans le cas abstrait. Saméthode:
trouver un
critère algébrique
de connexion maniable(le critère
à fleur de peau"l’anneau de
coordonnées
n’est pas uncomposé
direct" nel’étant
pasassez).
Pour trouver un tel
critère
de connexion l’ons’inspire
du casclassique.
Ebantdonné
un sous-ensemblealgébrique
W d’unevariété V ~
on dit que V est ana-lytiquement irréductible
lelong
de W ai l’anneau des fonctions holomor-phes
auvoisinage
de W estd’intégrité.
Alors :Critère
de connexion.Supposons
Vanalytiquement irréductible
enchaque point
Pour que W soit connexe, il faut et il suffit que V soit
analytique-
ment
irréductible
lelong
de W .Dans le cas
classique,
le "il suffit" est facile(fonction
0 sur unecomposante
connexe de
W ,
1 sur lesautres),
et le "il faut"résulte
duprolongement analy- tique
à travers lespoints
reliant lescomposantes irréductibles
de W . Dans lecas dit
"abstrait",
il va d’abords’agir
dedéfinir
l’anneaupuis
dedé-
montrer le
critère
de connexion.2. Définition
des fonctionsholomor hes
abstraites. Lecritère
de connexion.Etant
donnée
unevariété
V et un sous-ensemble G deV,
une fonction fholomorphe
auvoisinage
de Gassigne
à toutpoint
P de G un"élément
de fonc- tionholomorphe" f((P)) (c’est-à-dire
unesérie
deTaylor
si P estsimple
surV),
et ceséléments f((P))
doivent "seprolonger
les uns lesautres" ;
une pro-priété équivalents
à celle-ciest,
grossomodo,
le fait que fpeut être
unifor-mément approchée (dans
unvoisinage convenable)
par despolynômes
sur V(ou
desfonctions rationnelles sur V
holomorphes
dans cevoisinage).
Dans le cas abstrait la seule notiond’approximation qui
soit à notredisposition
est celle d’ordre de contact. D’où :DEFINITION
des fonctionsholomorphes. -
Soient V unevariété (affine
ouprojec- tive) définie
sur un corpsk,
G un sous-ensemble de V . Pour tout PG ,
notons pP
l’anneau local de P sur V(relatif
àk)
etxip
sonidéal maximal ;
posons4 G
*Munissons
leproduit OG = 03C0
G
des
complétés
4P
des0 p
de latopologie
"uniforme" où les03C0mnP
forment unsystème
fondamen-tal de
voisinages
de 0 .Alors l’adhérence
de ladiagonale
deTf Or’
dans cePEG "
produit
est unanneau, appelé
l’anneau des fonctions fortementholomorphes
lelong
de
G .Etant
donnée
unepartie
G’ deG,
notonsR~
ù laprojection
de(~
surÛG~ .
On ditqu’un élément
x est une fonctionholomorphe
lelong
de Gs’il existe un recouvrement ouvert fini de G
(pour
latopologie
de Zariski oùles
fermés
sont les ensembles normalementalgébriques
surk),
soit(Gi) ,
telque, pour tout
i , RG
i’
soit une fonction fortement
holomorphe
lelong
deGi .
Les fonctionsholomorphes
lelong
de G forment unanneau, noté G (exis-
tence d’un raffinement commun à deux
recouvrements). Il
est clair queRG,
si G’ C G . Pour unpoint P , oP
est l’anneau localcomplété
de oP . Pour x ~G et P E: G ,
on notex((P)) l’élément analytique RP,G(x) .
Dans ces conditions on notera que, si P et P’ sont des
points k-isomorphes
de G
(par exemple
deuxpoints génériques de V
surk),
les anneaux locauxOp
etOp,
sontidentiques,
et l’on ax«P»
=x((P’)) (puisque
tout x eOG
a cette
propriété).
REMARQUE. - Si
W est unesous-variété
de V contenantG ~
la trace sur Wd’une fonction
holomorphe
lelong
de G(par rapport
àV)
est une fonctionholomorphe
lelong
de G(par rapport
àW).
Enparticulier,
si G = W est unevariété projective,
une telle trace est constante sur W . Mais une fonctionholomorphe
lelong
de W n’est pasnécessairement
une constante(par rapport
àV) ;
bien
plus,
une fonction rationnelle sur V non constantepeut être holomorphe
lelong
de W(c’est-à-dire appartenir
àO~r) - Exemple
trivial : V est unproduit,
W une
verticale,
et la fonction nedépend
que delalre variable. Exemple
moinstrivial et
plus général :
il existe une transformation rationnelle T de V sur unevariété régulière
en toutpoint
deW ,
telle queT(W)
soit unpoint
P’ et que
T-1(P~)
= W(W est
alors dite"exceptionnelle" ~ l’étude
des courbesexceptionnelles
sur une surface estd’importance
engéométrie algébrique classique) ;
on a alors
°w
=oP’ .
Unlemme
sur lestopologies M-adiques.
Soient R un anneau
(commutatif
etnoethérien)
et unidéal premier
de R.Nous avons sur R la
topologie m-adique (définie
par lesT)~ )~
et latopologie
induite par celle de l’anneau local
R~2 (elle
estdéfinie
par lespuissances
symboliques men) j
. onl’appellera
"m -induite" j
. elle estmoins
fine que laSoit alors ~
unidéal premier
de R contenant Y!l .La topologie M-adique
estplus
fine quela 03C1 -adique (triviale).
Deplus,
si R est"analy- tiquement irréductible
en " (c’est-à-dire
si(R )
est un anneaud’intégrité),
la
topologie m-induite est plus fine que
latopologie p-induite (on
utilise lefait que
(R )
estlinéairement compact).
On endéduit
que,lorsque
R est ana-lytiquement irréductible
en tout diviseurpremier
propre lestopologies
11 -adique et p
-induite sontidentiques (il
suffit de montrer quen
est ouvertpour la
topologie 1P -induite ;
on en fait ladécomposition primaire,
et l’on re-marque que tout
idéal primaire
pour un diviseurpremier
proprede
est ouvertpour la topologie p-induite d’après
lapremière assertion).
Le principe de prolongement analytique.
Soient P et P’ deux
points
de V tels que P’ soitspécialisation
de Psur
k ~
et soit x une fonction fortementholomorphe
lelong
de(p., P’) . Si x((P’))
= 0 on ax((P))
= 0 . Six((P))
= 0 et si V estanalytiquement irré-
ductible en
P’ ,
on ax((P’))
= 0 .Par hypothèse
on aOp, posons p= mP HOp,
on a~R
C Pardéfinition
x est unélément
del’adhérence
de ladiagonale
Dde dans le
produit
descomplétés
deoP’
et de autrementdit dans le
produit
descomplétés mP’-adique et p-induit
deOp, .
Orl’appli-
cation
canonique
de D sur(nç,-adique) applique
lesvoisinages
fondamentaux de 0 sur desidéaux fermés
de donc sonprolongement
auxcomplétés
estbiunivoque (cf.
espaces vectorielstopologiques),
cequi démontre
lapremière
assertion. Pour la seconde on remarque que la
topologie Q
-induite estplus
fineque la
mP’-adique (lemme) ;
donc D(qui
a latopologie
bornesupérieure)
estisomorphe
au second facteur.C.Q.F.D.
Le critère
de connexion. Soit W un sous-ensemblealgébrique
de lavariété
Vtel que
V soitabalytiquement irréductible
enchaque point
de W . Pour que W soit connexe il faut et il suffit que Vsoit analytiquoment irréductible
lelong de
W(c ’est--dire
que0 W
soitintègre).
La démonstration
estinspirée
par celle du casclassique.
Pour le "ilsuffit",
on remarque que la
fonction définie
parx((P))
= 0 pour P sur unecomposante
connexe
de W
et parx((P)) =1
ailleurs sur est fortementholomorphe
lelong
de W .Réciproquement
soit x un diviseur dezéro
dansoW (W étant
conne-xe) ;
on ax((P)) =
0 pour certain P E W(x
estélément
d’unproduit
d’anneauxd’intégrité) ;
3 d’autrepart
x est fortementholomorphe
sur chacun des ensembles(W - Ui)
d’un recouvrement ouvert de W(Ui :
sous-ensemblesalgébriques propres) ;
alors un
point générique 7
de lacomposante irréductible Wl
de W contenant p’ est danschaque
W -Ui ;
dex((P)) = 0 ,
ondéduit
doncx((P))
= 0(première
assertion du
principe
deprolongement analytique) ;
d’oùx((P’))
= 0 pour tout P’ eW1 (seconde assertion).
On passe de là aux autrescomposantes irréductibles
de W au moyen des"points
de connexion".Quelques résultats complémentaires.
1°
Dans
le cas affine l’anneau des fonctions fortementholomorphes
lelong
d’unsous-ensemble
algébrique
W de V s’identifiecanoniquement
aucomplété m-adique
de l’anneau de
coordonnées
affines R de V(~~, désignant l’idéal
correspon- dant àW ) .
2° Dans le cas affine toute fonction
holomorphe
lelong
d’un sous-ensemblealgé-
brique
W est fortementholomorphe.
Lesrésultats
1° et 2° "tuent" lathéorie
dans le cas
affine ;
le casprojectif
estbeaucoup
moins bien connu, et estplein
de
problèmes
nonrésolus.
3°
Dans le casprojectif, étant donnée
une fonction xholomorphe
lelong
deG ~
il existe unetransformée
birationnellobirégulière
V’ de V telle que la fonctionholomorphe
x’transformée
de x soit fortementholomorphe
lelong
dechaque
G’ -Ei (G’ : transformé
deG ; Ei
sectionshyperplanes indépendantes
de
V ’ ) .
4° Dans
ladéfinition
des fonctionsholomorphes
lelong
d’un sous-ensemblealgé-
brique
W de V nous avons fait intervenir aussi bien lespoints
transcendants(sur k)
de W que sespoints algébriques ;
et lespremiers
nous ontété
d’unegrande utilité technique (sous
la forme depoints génériques).
Onpeut cependant
se borner à
considérer
l’ensembleWo
despoints algébriques
deW ~
et l’on setient ainsi
plus près
de lathéorie classique :
en effet lapro.jection RWo,W est
un
isomorphisme
de’0,, sur QW .
3. Le
théorème
d’invariance des anneaux de fonctionsholomor hes.
Etant
données
deuxvariétés
V etV’ ,
unecorrespondance T
entre V et V’est un sous-ensemble
algébrique
duproduit
V x V’ . Etantdonnée
unepartie (quel- conque)
G de V nous noteronsT(G)
le’~transformé
total" deG ~ c’est-à-dire
x
V’)nT) .
On dit que T est une transformation rationnelle de V dans V’ si :a.
prV(T)
=V ;
b. T est
irréductible ;
c.
(P , P’) désignant
unpoint générique
de T surk ~
on ak(P)
=k(P , P’) .
Dans ces conditions on dit que T est
ré lière
enP 6
V siT(P)
seréduit
à unpoint
P’ et si l’anneau localOp,
est contenu dans l’anneau localQp
(en coordonnées
affines cecisignifie
que lesdénominateurs
des formules de trans- formation ne s’annulent pas enP) ;
nousnoterons
ceci P’ P . Plusgénéralement,
pour nous
écrirons
G’ ~-G si G’ =T(G)
et si T estrégulière
entout
point
deG ; c’est
transitif.Supposons
que T soit une transformation rationnelle de V dans V~ et que G soit unepartie
de V telle qpeT(G)
= G’ ~ G . Pour tout P eG ~ l’injection
Op,
est continue(car
ici P’ =T(P) ) ;
elle seprolonge
doncen une
application
continuede 5p, dans oP , et,
enpassant
auxproduits,
l’onvérifie aisément qu’on
obtient unhomomorphisme canonique HG
det~
G~ dansces
homomomorphismes
sont transitifs et commutent avecles
restrictions R(cf. paragraphe 2).
THEOREME d’invariance. - Soient T une transformation rationnelle de V dans V’
et
W 1 un sous-ensemblealgébrique
deV’
. notons W =T (W’) .
Sia.
b. V’ est localement normale en tout
point de
W .c.
désignant un point générique
deT ,
le corps k(P’) estalgébri- quement fermé
dansk(P) .
Alors t est un
isomorphisme
de l’ anneau de fonctionsholomorphes OW’
sur~W .
Le fait que
Hw
,r, estbiunivoque
nenécessite
que leshypothèses
a. etb.,
etn’est pas
trop
difficile àdémontrer (on
utilise le fait que,grâce
àb.,
l’anneaulocal
~pt
est un sous-espacetopologique
de0 p). Mais
ladémonstration
dufait
queHw
estsurjectif
estextrêmement
difficile(par
passage à unmodèle
normal deT
on seramène
d’abord au cas où V et V’ sont normales et oà V’V ;
onpeut
alorsdécomposer
le passage de V’ à V en un nombre fini de transformations destypes
suivants1°
adjonction
d’une nouvellecoordonnée
transcendante t(plus précisément
pas-sage de la
variété
depoint générique homogène (xo ~
... ,x )
à celle depoint
générique homogène (x ,
... ,x , tx ,
... ,t n)) !
2°
adjonction
d’une nouvellecoordonnée
rationnelle t(cf. 1°),
3 °
normalisation(dans
une extensionalgébrique) -1
le passage 1° est leplus facile,
les deux autresétant très compliqués).
On
déduit
duthéorème ,d’invariance
le, ,
,
THEOREME de connexion. - Soient
V ,
V’deux variétés,
T unecorrespondance irréductible
entre V et Wun sous-ensemble algébrique de
V(tous
définis
surk) ; posons W’ = T(W) ,
et notons(P , P’)
unpoint générique de
T sur k .
Si
a.
k(P) est algébriquement fermé
dansk(P , P’) ,
b. V est
analytiquement irréductible
en toutpoint de W ,
c. W est connexe
(sur k),
alors W’ est connexe(sur k).
Si l’on
remplace
V par unmodèle
normalf ,
lacorrespondance
entre V etV°
estbiunivoque
sur W(par b.)~
et les conditions a., c. restentsatisfaites ;
on
peut
donc supposer V normale(auquel
cas V estanalytiquement irréductible
en tout
point).
Lethéorème d’invariance, appliqué
à laprojection
U dugraphe
T sur
V ~
et lecritère
de connexion montrent alors queW
= estconnexe. Le passage de
W~
à W’ est alors uneprojection ;
on a V’la
propriété
debiunivocité
dep ,
~ÂW s’applique
à ce cas ; doncp W ,
est
intègre
et W’ est connexe. ~COMPLÉMENT. - Si,
dansl’énoncé précédent,
l’onremplace
l’ensemblealgébrique
W par un
point Q (non nécessairement rationnel
surk),
et si a. Et b. sontvérifiées,
alorsT(Q)
est connexe surk(Q) (on
étend le corps de base de kà
k(Q)) .
EXEMPLE. - On
prend
pour T unecorrespondance
birationnelle entre V etV’ ,
etpour W un
"point
fondamental" de Tqui
soitanalytiquement irréductible (ou normal)
surV . Alors T(W) (qui
est dedimension >0)
est connexe.4.
Systèmes algébriques
decycles.
Leprincipe
dedégénérescence.
Considérons
unevariété Vr
del’espace projectif P .
Lessystèmes
(H ,
... ,H )
de r + 1hyperplans
deP
forment un espacemultiprojectif
de dimension
(r
+1)n ;
lessystèmes
tels que tous lesHi passent
par unpoint donné
forment unesous-variété
de dimension(r
+1)(n - 1)
de cet espace ;donc les
systèmes (H ,
oro ... ,H )
tels queHo ~ , , , ~ H
r nforment
une
variété
de dimension r +(r
+1)(n - 1) = (r
+1)n - 1 ;
parconséquent
cette
variété
estdéfinie
par une seuleéquation multihomogène
et demême degré (égal
audegré
’ deV)
en les coefficients deséquations ( . 1 n 0)
des
hyperplans H.. Le premier
membreF (u (C ) >
... ,u (r ) )
de cetteéquation
estappelé
la formeassociée
de V. Pour uncycle positif
de dimension r , soit Z -~ q n q
ondéfinit
la formeassociée
de Z commeétant F 9
désignant
la formeassociée
de lavariété V .
Les coefficients de la formeassociée
de Z sontappelés
lescoordonnées
de Chow deZ ;
si Z est rationnelsur un corps
k ,
scscoordonnées
de Ghow le sont aussi(réciproque
fausse pourcause
d’inséparabilité).
EXEMPLES. - La forme d’un
point (x. )
est1-- x.u, .
celle d’une droite decoordonnées pluckériennes p..
estp (ui (o ) u(1)j - u(o)j u(1)j)
.Plus
généralement
lescoordonnées
de Chow d’une variétélinéaire
sont essen-tiellement ses
coordonnées grassmanniennes (= plückériennes).
Les coordonnées
de Chow d’uncycle
Z de dimension r et dedegré
d sont aunombre de N =
( d ) .
A un telcycle correspond
ainsi unpoint représentatif r(Z)
dansl’espace projectif
Il est facile de voir que r estbiunivoque
mais moins
immédiat
de montrer que l’ensemble despoints
de la former(Z)
estun ensemble
algébrique (c’est-à-dire
que les conditions àimposer
aux coefficients d’une’forme Fmultihomogène
dedegré convenable,
pour que F soit la formeassociée
d’uncycle,
sontalgébriques) (Exeoiple :
relationquadratique
entre lescoordonnées plückériennesune droite). Donc,
si l’onspécialise (sur
unconps k)
les
coordonnées
de Chow d’uncycle Z ~
on obtient lescoordonnées
de Chow d’uncycle
Z’(dit "spécialisation"
deZ) ;
deplus,
si Z estporté
par unevarié- té
Vdéfinie
surk ~
Z’ est aussiporté
parV ~ ’enfin
si P est unpoint
du
support
deZ ~
et si(Z’ y P’)
estspécialisation
de(Z, P) ,
alors P’est un
point
dusupport
de Z’ .On dit
qu’un
ensemble decycles
Z(de même degré
etdimension)
est unsystème algébrique (resp.
unsystème algébrique irréductible)
si lespoints associés r(Z)
forment un ensemble
algébrique (resp.
unevariété)
dans celui-ci estappelé
1’ensemblereprésentatif
dusystème.
Pour
démontrer
maintenant leprincipe
dedégénérescence,
l’on vaappliquer
lethéorème
de connexion(paragraphe 3)
à unecorrespondance
bien choisie. Soit M lavariété représentative
d’unsystèùe irréductible (S)
decycles portés
par unevariété V ;
l’ensemble descouples (Q, P)
de M x V où P est unpoint
dusupport
ducycle
depoint représentatif Q
estd’après
cequi
aété
vuplus
haut
(et
d’autresrésultats analogues)
unecorrespondance irréductible
T entre M etV ~ appelée correspondance
d’incidence dusystème (S) ;
pourQ 6 M , T(Q)
est lesupport
ducycle correspondant
à Q .Comme,
pourQ générique! T(Q)
est une
variété,
la condition a. duthéorème
de connexion estvérifiée.
La condi- tion b, le serait aussi si Métait normale ;
mais on montre assez facilementqu’on peut remplacer
M par sonmodèle
normalM° .
Alors lecomplément
authéorème
de connexion montre que, pour toutpoint
Q deM ~
lesupport T(Q)
est connexe sur
k(Q) (k :
corps dedéfinition
deV ~
M etT). L’on montre,
alors sans
difficultés (par
extension du corps de base à laclôture algébrique
de
k((Q))
queT(Q)
est aussi "absolument connexe"(c’est-à-dire
connexe surtout corps de
base).
Cecidémontre
leprincipe
dedégénérescence.
Une
généralisation
facile duprincipe
dedégénérescence
est la suivante : siT(Q)
est absolument connexe pourQ générique,
toutsupport T(Q’)
est absolu- ment connexe.343
BIBLIOGRAPHIE
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cetexposée
ZARISKI atrouvé
unedémonstration
duthéorème
de connexionne faisant pas intervenir les fonctions
holomorphes abstraites,
voir :ZARISKI
(Oscar). - Algebraic geometry
andtopology,
Asymposium
in honorof S. Lefschetz. -