Séminaire Henri Cartan
H. C ARTAN
Variétés analytiques complexes et espaces analytiques
Séminaire Henri Cartan, tome 6 (1953-1954), exp. n
o6, p. 1-10
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6-1
VARIÉTÉS
ANALYTIQUES
COMPLEXESET ESPACES
ANALYTIQUES
H.
Cartan
(Exposé
de H.Cartan, 18-1-1954)
Séminaire E.N.S.= 1953-54
Cet
exposé
a pour but de donner unegénéralisation
convenable de la notion devariété analytique complexe (cf.BEHNKE-STEIN,
Math.Annalen,
124(1951)
p.1-16;
etSéminaire 1951-52, Exp.
13,§2),
afin depouvoir démon-
trer
plus
tard que lequotient
d’unevariété analytique complexe
par un groupe discontinud’automorphismes analytiques
est un"espace analytique
général."
1. Faisceau de germes de fonctions.
Soit X un espace
topologique.
Pour tout ouvert U CX, soit C
l’anneau
des fonctionsdéfinies
dans U et continues(à
valeurscomplexes).
Soit V ouvert C
U;
on a unhomomorphisme
naturelqui
associeà chaque
fonctiondéfinie
dans U sa restrictionà
V. Soit x EX;
on no-tera
Cx
lalimite
inductive desanneaux C (lorsque
Uparcourt l’en-
semble des
voisinages
ouverts dex) ; ~ x
est un anneau; unélément
s’appelle
un germe de fonction-continue aupoint
x. Pour tout ouvert U contenant x, on a unhomomorphisme CU ~ CX ;
C .x est laréunion
desimages
de ces
homomorphismes;
pour que f EeU
etf’E eU’
idéfinissent
lemême
germe au
point
x, il faut et il suffit que f etf’
coïncident dans toutun
voisinage
de x.Soit ~ - Dans
C, définissons
latopologie
que voici:pour tout
couple (U, f), où
U est un ouvert non vide deX,
et f EeU’
soit
W(U, f) l’ensemble
des germesdéfinis
par f auxpoints
x ~U;
pardéfinition, W(U, f)
est un sous-ensemble ouvert deC,
et lesW(U, f)
for-ment un
système
fondamentald’ouverts
de latopologie
deC, qui
se trouve ainsidéfinie.
C est un faisceaud’anneaux (sur
la notion de faisceau engénéral,
voirSém. 1950-51,
exp.14;
et H. Cartan,Colloque
de Bruxelles1953,
p.4l-55). Conformément
à unedéfinition générale,
une section dee au-dessus de U C X est une
application
continue s:U -~ ?~
telle quex pour tout x E
U; ici, l’ensemble (ou plutôt anneau)
des sectionsau-dessus de U
s’identifie à l’ensemble eU
des fonctions continues dans U(supposé ouvert).
On sait
qu’étant donné
unfaisceau ?
de groupesabéliens (resp.
d’anneaux)
sur un espacetopologique X,
on a la notion de sous-faisceau:c’est
unsous-ensemble g
C ~ tel soit un sous-groupe(resp. sous-anneau)
etque §
soit ouvert dans F. Cettedernière
conditionexprime
quesi,
auvoisinage d’un point
x EX,
on a une fonction continue fqui
induit un germe~ x,
alors f induit un germe~ y
entout
point
y assez voisin de x.Exemple:
soit X un ouvert del’espace numérique complexe Cn;
lesgermes de fonctions
holomorphes (aux différents points
x EX)
constituentun sous-faisceau 0 du faisceau
~;
les sections du faisceau (3 ne sontautres que les fonctions
holomorphes
dans X.2.
Variétés analytiques complexes.
La
définition (bien connue)
d’unevariété analytique complexe
vaêtre
mise ici sous une forme commode en vue degénéralisations ultérieures.
Considérons
un espacetopologique
X(que
nous supposeronstoujours
séparé).
SurX, considérons
la structuredéfinie
par ladonnée d’un
sous-faisceau d du
faisceau C
des germes de fonctions continues. Etant don-nés (X, 0 )
et(X’,
unisomorphisme
de ces structures seradéfini
parun
homéomorphisme ~
de X surX’,
tel quePlus
généralement,
uneapplication q)
de X dansX’ s’appellera
un homomor-phisme
estcontinue,
et si f’ E0~ ~ entraîne f ’ ~ ~
EOX.
est un
homomorphisme X -~ X’ ,
et ~ unhomomorphisme X’ -i X,
si t ~ cp estl’application
identique de X, etl’ application identique
deX’,
alors ~ et © sont des
isomorphismes, réciproques l’un
del’autre: c’est
évident.
Le
composé
de deuxhomomorphismes
est unhomomorphisme.
Remarque:
si 0 est un sous-faisceau deC,
surX, alors,
surtout sous-espace Y C
X,
(9 induit unfaisceau;
donc Y est munid’une
structure de
même espèce
queX, qu’on appelle
structure induite par celle de X.Définition:
un espaceX,
munid’un
sous-faisceau (9 dee,
estune
variété analytique complexe (ou simplement variété analytique)
sichaque
x E Xpossède
unvoisinage
ouvertisomorphe à
un ouvert Ud’un
espace
Cn (n convenable),
muni du faisceau des germes de fonctions holo-morphes.
Deux ouverts U C
C n
etU’
CC
nepeuvent être isomorphes
que sin =
n’ (et
encore celan’est-il
passuffisant).
Lesisomorphismes
U -;U’
sont les
applications analytiques
de U surU’, à jacobien partout ~
o.(Nota:
enfait,
touthoméomorphisme
de U surU’ qui
estdéfini
par desfonctions
holomorphes
aautomatiquement
unjacobien partout 7~
o;ceci
estdémontré,
par ex., dansSém. 1951-52,
exp.14, §8.
Cerésultat
est loind’être trivial.)
A
chaque point
x E Xd’une variété analytique
est ainsiattaché
unentier n,
qui
est lemême
pour tous lespoints
voisins de x, donc est constant surchaque composante
connexe de X.Lorsque
toutes les compo- santes connexes de X ont lemême
n, ns’appelle
la dimension(complexe)
de X.
La
définition générale
d’unisomorphisme s’applique
au casparticu-
lier des
variétés analytiques.
Unhomomorphisme s’appelle
alors uneappli-
cation
analytique.
Les sections du faisceau 0s’appellent
les fonctionsholomorphes
sur X. Les élémentsde (9 s’appellent
les germes de fonc- tionsholomorphes
aupoint
x E X.Tout
isomorphisme
f d’un ouvert U C X sur un ouvert deCn s’ap-
pelle
une carte deU;
les ncoordonnées d’un poinG
deC’
sont des fonc-tions
holomorphes x-.~ ..., xn
dansU, qu’.on appelle
unsystème
de coor-données
locales dans U. Pourdéfinir,
sur unespace topologique séparé X,
une structure devariété analytique,
il suffit de se donner un recouvre-ment de X par des ouverts
U., et,
pourchaque U.,
unhoméomorphisme f.
de U. sur un ouvert V. C
Cn,
de manière que soit unisomorphisme
de
C Vi
surf. (U. n u.)
C V..Si x est un
point d’une variété analytique complexe X, l’anneau
Ox
des germesholomorphes
en x est un anneaud’intégrité, noethérien (Sém. 1951-52, Exp.
11, th.2),
factoriel(ibid.,
th.1). Rappelons qu’un
anneau
d’intégrité
est factoriel si toutidéal principal /
0est, d’une
seule
manière, produit d’un
nombre finid’idéaux principaux premiers.
Com-me tout anneau
factoriel, l’anneau ~X
estintégralement
clos(i.e.,
si unélément
du corps des fractions deOx
est entieralgébrique
surOx,
ilappartient à
3. Sous-ensembles
analytiques d’une variété analytique.
Dans
l’ensemble
desparties d’un
espacetopologique X, chaque point
x
définit
une relationd’équivalence:
deuxparties
A etA’
sontéqui-
valentes
s’il
existe un ouvert ~~ contenant x, tel que A n U =A’ n
U.Soit Px l’ensemble
des classesd’équivalence ;
unélément
de? x s’appelle
un germe de sous-ensemble au
point
x E X.La réunion de deux
éléments de Px, l’intersection
de deuxéléments
de ? ,
sedéfinissent d’une
manièreévidente ( on prend
desreprésentants) :
ce sont des
éléments
depx.
Cesopérations jouissent
despropriétés
usuel-les. De
même,
ondéfinit dans ? x
la relationd’inclusion
C . La classed’équivalence
de lapartie
vides’appelle
le germe vide.Soit X une variété
analytique,
et soitEX
un germe de sous-ensem-ble au
point
x E X. On dit queEX
est un germed’ensemble analytique (ou simplement:
un germeanalytique) s’il
existe unepartie
E CX, défi-
nissant
Ex’
et un ouvert U contenant x, de manière que E n U soitl’ensemble
des solutionsd’un système
finid’équations
f. - 0, les f.étant
des fonctionsholomorphes
dans U. Onpeut
donnerâ
cettedéfinition
une forme
légèrement différente: étant donné
un nombre fini de germes de fonctionsgl
E~x,
ondéfinit d’une
manière évidente le germe de sous-ensemble, défini
aupoint
x par leséquations
o; alors un germe de sous-ensemblex
estanalytique s’il peut être défini
parl’annulation d’un
nombre finid’éléments
de0 (germes
de fonctionsholomorphes
enx).
Un tel germe
Ex peut être
vide.Un sous-ensemble E C X sera dit
analytique si,
pour tout x ~X,
le germeEx défini
par E estanalytique.
Il revient aumême
de dire que Xpeut être
recouvert par des ouvertsUi,
tels que, pourchaque i,
E ~
Ui
soitl’ensemble
deszéros
communs à un nombre fini de fonctionsholomorphes
dansUi.
Soit
Ex
un germed’ensemble analytique
aupoint
x;l’ensemble
des f EOx qui s’annulent identiquement
surEx
estévidemment
unidéal
del’anneau n ;
x notation:I(E ).
xInversement,
soit I unidéal
deOx;
xpuisque l’anneau dx
estnoethérien,
I estengendré
par un nombre finid’éléments fi; ltannulation
desfi définit
un germed’ensemble analyti-
que
Ex, qui
estindépendant
du choix desgénérateurs fi
del’idéal
I(ceci
estévident) ; Ex s’appelle
le germed’ensemble défini
parl’idéal
I.Si on
part d’un
germed’ensemble analytique Ex,
le germed’ensemble défini
par
1‘idéal
estprécisément Ex.
Il enrésulte
quel’application
applique biunivoquement 1’ ensemble
des germesd’ensembles analytiques
dansl’ensemble
desidéaux
deOx.
Cetteapplication
est"dé- croissante":
siEx
CEg,
on aI(EX).
On en déduit lapropriété
fondamentale suivante:
(ST)
toute suite décroissante ~ ~ . ~E k ~
~ ~ . de germesx x x
analytiques
aupoint
x, est stationnaire(i.e., Ek+1 _ E k
pour kassez
grand) .
(Cela résulte
du fait quel’anneau Ox est noethérien.)
L’intersection
de deux germesanalytiques
est url germeanalytique;
la
réunion
aussi: siEl
estdéfini
parl’annulation d’éléments
f. E a ,et
E2
parl’annulation d’éléments
.~ ~ , alors El
UE2
est définij x x x
par
l’ annulation
desproduits f.g ..
Il estévident
queUn germe
d’ensemble analytique EX
estréductible (ou décomposable)
s’il
existe deux germesanalytiques E1x ~ E
etE2x ~ E
tels queE -
E1
x UE2 .
x On Voitfacilement, grâce â (ST),
que tout germe ----~- .analytique
E~
x
est
réunion d’une
famille finie de germesanalytiques irréductibles E1;
on- - --.-~.
~ -~
... --
--. x
peut
deplus
faire en sorte quel’on n’ait jamais E i
CE~ ’
pouri ~ j;
avec cette
condition,
ladécomposition
deEX
commeréunion
finie de germesirréductibles est
unique,
en Vertu du lemme suivant: si un germeanalyti-
que
irréductible
est contenu dans uneréunion
finie de germesanalytiques,
il est contenu dans
l’un d’eux.
Lorsque
E estréunion
de germesirréductibles El
tels quel’on
x
, ~ xn’ait
jamais E1
CEJX
pour i~ j,
lesEl s’appellent
lescomposantes
irréductibles du germeEX.
Pour
qu’un
germeanalytique Ex
soitirréductible,
il faut et ilsuffit que
l’idéal I(Ex)
soitpremier : c’est
presque trivial. Il estvrai,
maisc’est
loind’être évident,
que toutidéal premier
I COx
est1‘idéal I(E )
du germeE
défini parl’idéal
I(voir
unedémonstration
dans le Sém.
1951-52, Exp. 14,
th.1;
Voir aussil’Exposé
8cl-aprés).
De
là, résulte:
pourqu’un idéal
I COx
ait la formeI(E x ),
il faut etil suffit que I soit intersection finie
d’idéaux premiers.
4 . Structure
d’un
germeanalytique irréductible.
Soit
EX
un germed’ensemble analytique;
on lui associel’anneau-
quotientOX/I(EX).
Pour queEx
soitirréductible,
il faut et il suffit que associé soit un anneaud’intégrité.
Définition:
un germeanalytique Ex
est ditrégulier
sil’ on peut
trou~~er, au dupoint
x E X, u_nsystème
decoordonnées
localesx1,..., xn
nulles aupoint
x, telles queEx
soitdéfini
parl’annulation
de certains des
xi (cet
ensemble dexl pouvant être vide,
ou contenirtous les
x. ) .
SiE
estdéfini
parxp +1 -
o, ... ,xn
-- o,l’anneau
est
isomorphe
àl’anneau
des germes de fonctions de p variablesx1,...,
x ,holomorphes
àl’origine. (On
verra dansl’exposé
9,§i
uneréciproque.)
Enparticulier,
tout germerégulier
estirréductible.
Soit E un sous-ensemble
analytique
de lavariété analytique
X.Pour
chaque
x EE, l’anneau
0s’identifie
à un sous -anneau0’
del’anneau
des germes de fonctions continues del’espace topologique
E.La réunion
E
0’
est un sous-faisceau du faisceau~’ ,
etdéfinit
doncsur E une
structure,
au sens du§2.
Unpoint
x E E est ditrégulier
sile germe
Ex
défini par E aupoint
x estrégulier.
Si tous lespoints
de E sont
réguliers,
alorsE,
muni de la structuredéfinie ci-dessus,
estévidemment
unevariété analytique;
on dit alors que E est unesous-variété
de la
variété analytique
X.Choisissons une fois pour toutes un
système
decoordonnées
localesx. ~ ... ~ xn
auvoisinage d’un point
a de lavariété analytique X,
nulles aupoint
a. SiEa
est un germeanalytique régulier,
onpeut numéroter
lescoordonnées x. ~ ... ~ xn
de manière queEa
soit défini par deséquations
( 1) xi - fl (xl,
...,x ) (i = p+l,
...,n) ,
les
fi
étant des germes de fonctionsholomorphes
de pvariables,
nuls àl’origine.
Plusgénéralement,
soitEa
un germeanalytique irréductible;
on
démontre (cf . ’Sém. 1951-5 2~ Exp. 1~+,
th. 3 ; voir aussic i-dessous, 8,
§1) qu’on peut
faire surx. ~ ... ~ xn
une transformationlinéaire homogène à
coefficients constants(de déterminant ~ o)
demanière à réaliser
les con-ditions suivantes :
(a) xl,...,
x p ne sont liés par aucune relation surEa (i.e.,
siun germe
holomorphe f(x1,..., x ) appartient à l’idéal I(Ea),
f estJL p a
identiquement nul) ;
(b) l’idéal I(Ea)
contient unpolynôme
dont les coefficients a ~...~
a.
sontholomorphes
en x ~...~ x et nulsà l’origine;
cepolynôme
estirréductible (i.e: n’est
pas leproduit
dedeux
polynômes
dumême type,
et dedegrés
strictementplus petits);
(c) l’idéal I(E) contient,
pourchaque
i tel quep+2 i
n, unefonction de la forme
r
est un
polynôme
dedegré ~
h-l enà
coefficientsholomorphes
en
x1,...,
x , et nulsà l’origine;
(ci)
le germeEa
estdéfini
par un sous-ensemble(de X)
dutype
sui-vaut: dans un
voisinage
U assezpetit
de a, on considèrel’adhérence
E del’ensemble
deszéros
communs aux fonctions(2)
et(3)
pourlesquels
~P ~xp+1 ~ 0.
On constate alors que tous les
points
xd’un
sous-ensemble ouvert deE,
dense dansE,
sont despoints réguliers
de E enlesquels
le germe E x x a la dimensionp (en fait,
tous lespoints
de Eou aP
est7~
0sont des
points réguliers). L’entier
p est donc un Invariant du germe ir-réductible Ea;
onl’appelle
la dimension du germeEa.
C’est aussi la di- mension dechaque composante irréductible
du germe Edéfini
par E enx
tout
point
x E E assez voisin de a.(Remarque :
il ne faut pasperdre
de vue queE peut être réductible
en des
points
x E E arbitrairement voisins de a,même
siEa
estirré-
duc tible . )
Définition:
un germeanalytique Ea (irréductible
ounon)
est dit dedimension p si toutes ses
composantes irréductibles
sont de dimension p;E
est dit de dimension p si toutes sescomposantes irréductibles
sont de dimension p. Un sous-ensembleanalytique
E C X est de dimension p si tous les germesE x définis
par E auxpoints
x ~ E sont de dimension p ;E est de dimension p si tous les germes
E définis
par E auxpoints
x E E sont de dimension p.
5. Sous-ensemble
analytique normal;
espaceanalytique général.
Revenons
à l’anneau
associéà
un germeanalytique Ex’
ir-réductible.
Cet anneau est noethérien(car c’est
unquotient d’un
anneaunoethérien).
Mais iln’est
pastoujours intégralement
clos(cf.
7,§~+) .
Par
exemple,
dansl’espace C2
de deux variablescomplexes
x et y,considérons
le germe irréductibledéfini,
auxpoints
x = o, y = o, parl’équation
Dans le corps des fractions de
l’anneau
A associé à ce germe, on a(y/x)2-
x = o, doncy/x
est entieralgébrique
surA,
etcependant y/x
n’est
pas dans A.Définition:
un germed’ensemble analytique Ex
est dit normal sil’anneau associé (9 /I(E )
est un anneaud’intégrité, intégralement
clos.(En particulier,
normalimplique irréductible.)
Un sous-ensembleanalytique
E C X est dit normal si les germes
Ex définis
par E auxpoints
x E Esont normaux.
On
peut démontrer (OKA,
cf.Exp.
10 et 11ci-dessous)
que si un sous- ensembleanalytique
Edéfinit
un germeEa normal,
les germesEx définis
par E aux
points
x E E suffisamment voisins de a, sont normaux.Définition d’un
espaceanalytique
normal : un espacetopologique
sé-paré X,
munid’un
sous-faisceau a du faisceau C des germes de fonctionscontinues,
est un espaceanalytique
normal sichaque
x E Xpossède
un voi-sinage
ouvertisomorphe à
un sous-ensembleanalytique
normal Ed’un
ouvertU
d’un
espaceC (E étant
muni du faisceau des anneaux associés aux germesEa
despoints
a deE,
telqu’il
est défini au§4 ci-dessus).
La notion
d’isomorphisme
de deux espacesanalytiques
est un casparti-
culier de la notion
d’isomorphisme,
tellequ’elle
est définie au début du §2.6-10
De
même
pour la notiond’homomorphisme, appelé
aussiapplication analytique.
Si X est un espace
analytique général,
les sections du faisceau equi définit
la structure deX, s’appellent
les fonctionsholomorphes
dans X.Les
éléments
de0 s’appellent
les germes de fonctionsholomorphes
aupoint
x E X.L’anneau 0 x
estnoethérien,
maisn’est
pas engénéral
fac-toriel
(même s’il
estintégralement clos).
Tout
isomorphisme d’un
ouvert U C X sur un sous-ensembleanalytique
normal E
d’un
ouvert des’appelle
une carte de U.Soit X un espace
analytique
normal. La dimension de X en unpoint
x E X
est,
pardéfinition,
la dimensiond’un
sous-ensembleanalytique
nor-mal servant de carte dans un
voisinage
de x. Elle est lamême
en tous lespoints
assez voisins de x. Onpeut
doncdéfinir
la dimension dechaque composante
connexe de X.Pour terminer cet
exposé préliminaire, ann.on~ons l’un
desthéorèmes qui
serontdémontrés plus
tard(Exp. 12):
Soit G un groupe
linéaire (homogène)
finiopérant
dansen.
Surl’espace-quotient X, qui
estséparé, définissons
un faisceau 0c omme -suit :
si
x E X estl’ imag e de
y E 0 estl’ imag e d e l’anneau
des germes
holomorphes
en y et invariants par le grouped’isotropie
de y.Alors a