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De la pureté locale à la décomposition C.R. Acad. Sci. Paris, Ser.I

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C. R. Acad. Sci. Paris, Ser. I

www.sciencedirect.com

Algebraic geometry

De la pureté locale à la décomposition

From local purity to decomposition

Fouad El Zein

a

, D ˜ung Tráng Lê

b

,

c

aInstitutdemathématiquesdeJussieu,Paris,France

bUniversitéd’Aix-Marseille,LATP,UMR–CNRS7353,Marseille,France cUFC,Fortaleza,Brésil

i n f o a r t i c l e r é s um é

Historiquedel’article : Reçule16mars2013

Acceptéaprèsrévisionle20octobre2014 DisponiblesurInternetle13novembre 2014

PrésentéparClaireVoisin

Lethéorèmededécompositionsedéduitdelapuretélocale.

©2014Académiedessciences.PubliéparElsevierMassonSAS.Tous droits réservés.

a b s t r a c t

Thedecompositiontheoremisdeducedfromlocalpurity.

©2014Académiedessciences.PubliéparElsevierMassonSAS.Tous droits réservés.

1. Introduction

Cettenote faitsuiteà[6]oùl’ondéduisaitun théorèmedepuretélocale enun pointencaractéristiquezéro,similaire authéorèmedepuretélocaledeDeligne–Gabberde[5],àpartirduthéorèmededécompositionsurlecomplémentaired’un pointdansuneboulecentréeencepoint.Ici,nousmontronscommentcethéorèmede puretélocaleenunpointpermet d’étendre le théorème de décomposition au centre de la boule,ce qui donne unepreuve par récurrence simultanée du théorèmedepuretélocaleetduthéorèmededécomposition.

Nousreprenonslesnotationsde [6].Soit f

:

X

V un morphismeprojectif devariétés algébriques complexes,L

˜

une variation de structuresde Hodge (VSH)polarisée sur un ouvert

Ω

lisse de X de dimension m, j

: Ω

X, L

:= ˜

L[m

]

le complexeréduitàL

˜

endegré

m,et j!∗Ll’extensionintermédiairedeL.Soitvunpointde V,ils’agitàprésentd’étendre lerésultatdedécompositionde R fj!∗Lsur V

v aupointv àpartirdurésultatsurlapuretélocaleencepoint.

Enréalité,ilyadeuxdécompositionsdenaturesbiendistinctes.L’uneconsisteàdécomposerunecohomologieperverse pHi

(

R f

(

j!∗L

))

enunesommedirectecanoniqued’extensionsintermédiaires.L’autreconsisteàdécomposerlecomplexeen unesommedirectedesesproprescohomologiesperversesdécalées(voir[3,4]).

Ayantchoisid’utiliserdescomplexeslogarithmiques,ons’intéresseparticulièrementàdesfibrationspardesDCNsurles stratesausensde([6],Définition3.1),cequipermetd’utiliseruneSHMsurlecomplémentaired’undiviseuràcroisements normaux (DCN) à chaque pas du raisonnement de récurrence. On peut toujours seréduire à ce cas en transformant la variété X àl’aided’unedésingularisationadaptéeàLetàunestratificationdeThom–Whitneyde f.

Adressese-mail :[email protected](F. El Zein),[email protected](D.T. Lê).

http://dx.doi.org/10.1016/j.crma.2014.10.021

1631-073X/©2014Académiedessciences.PubliéparElsevierMassonSAS.Tous droits réservés.

(2)

Hypothèsederécurrence.Soit f

:

X

V unefibration pardesDCNsurles stratesd’unestratificationde Thom–WhitneyS de f,etVjlaréuniondesstratesde V de dimension

j.Parhypothèse,onsupposequeladécompositions’appliquesur l’ouvert Uj

:=

V

Vj pour j

<

n.LepasderécurrenceconsisteàétendreladécompositionàUj1 lelongde Vj

Vj1,ce quel’onfaitlocalementauvoisinagedetoutpointv d’unestrateSj.Parconstruction,l’imageréciproquedelastrateSjest unefibrationpardesDCNdans X relatifssurlastrate Sj.

Morphismesd’intersection. Il estnaturel d’exprimerlerésultat en termes de morphismesd’intersectionI qui sontl’une des révélationsdelathéoriedans[1]etdontl’importanceapparaîtaveclesstratifications.Soit XSl

:=

f1

(

Sl

)

l’imageréciproque d’une strate Sl de dimension l

n, onpose iXSl

:

XSl

X, fl

:

XSl

Sl.Le morphisme d’intersection ISl, définissant les imagesLli:

ISl

:

Ri!X

Slj!∗L

iX

Slj!∗L

,

Lil

=

im

Rl+ifl

Ri!X

Slj!∗L

ISl

Rl+ifl

iX

Slj!∗L

,

(1)

estinduitsur Sl parlecomposédumorphismeiXSlRi!X

Slj!∗L

j!∗Letdumorphismederestriction j!∗L

iXSliX

Slj!∗L. Sousl’hypothèsede fibrationsurlesstratesde V,lesimagesLil de ISl sontdessystèmeslocauxsur lesdifférentesstrates.

CesLlisontenfaitdesVSHdepoidsa

+

i

l siLestdepoidsa,carLil estl’imaged’unevariationdeSHMdepoids

ω ≥

a

+

i

ldansunevariationdeSHMdepoids

ω ≤

a

+

i

let,deplus,letoutestcalculéavecdescomplexeslogarithmiques en XSl DCNrelatifssur Sl.

Lefschetzdifficile.Ilfautdémontrer,parlamêmerécurrence,l’isomorphismedeLefschetzsurlacohomologieperverse pour lecup-produititéréaveclaclasse

η

d’unesectionhyperplane.Nouslevérifionssurlestermesdelaformuleexplicite(1).

Théorème1.1(Décompositiondelacohomologieperverse).Souslesconditionsdel’hypothèsederécurrence,soitn ladimensiondeV , SunestratificationdeThom–Whitneydef ,ij

:

Vj

V laréuniondesstratesdedimension

j pourtoutj

n,etkj

: (

V

Vj

)

V . (i) Supposonsquelacohomologieperverseentoutdegréi deK

=

R fj!∗Lsedécomposesurl’ouvertV

Vj enunesomme directe d’extensions intermédiaires de VSH Lli (1)sur les strates Sl de Vl

:=

Vl

Vl1 pourtoutl

>

j

,

iSl

:

Sl

V : pHi

(

K

)

|VVj

SlVl

j<ln kjiSl!∗Lil

[

l

]

.

AlorslasuiteexactelonguedecohomologieperversepHi

((

ij

)

R

(

ij

)

!K

)

pαi

pHi

(

K

)

pρi

pHi

(

RkjK|VVj

)

pδi

donnelieuàune suiteexactecourte :0

imp

α

i

pHi

(

K

)

pρi

imp

ρ

i

0defaisceauxpervers,quiestscindéesurV

Vj1:

imp

α

i

=

kerp

ρ

i

SjVj

iSj!∗Lij et imp

ρ

i

= (

kj

)

!∗kjpHi

(

K

)

S

lVl

j<ln

iSl!∗Lli

[

l

] ,

etquisedécomposeentermesdeLilpourl

>

j àdroiteetLijàgauche.

(ii) Lefschetzdifficile :sionsupposeparrécurrence

η

i

:

pHi

(

R fj!∗L

)

|VVj

pHi

(

R fj!∗L

)

|VVj,estunisomorphismesur l’ouvertV

Vj,alors

η

is’étendenunisomorphismeau-dessusdeV

Vj1.

Corollaire1.2.

(i) Lecup-productaveclaclassed’unesectionhyperplanedéfinitdesisomorphismes

η

i

:

pHi

(

K

)

pHi

(

K

)

pouri

0,etpar conséquentlecomplexeK sedécomposedanslacatégoriedérivéeenunesommedirectedesescohomologiesperversesdécalées, quisedécomposentàleurtourenunesommedirected’extensionsintermédiaires :

K

=

i∈Z

pHi

(

K

)[−

i

]

et pHi

(

K

)

S

lVl

0ln

iSl!∗Lli

[

l

].

(ii) Lethéorèmededécompositionsedéduitpourtoutmorphismeprojectifàpartirducasd’unmorphismefibrépardesDCNsurles strates.

L’ensembledeces résultatsdonneunenouvelle démontrationdu théorèmededécompositionàl’aided’unerécurrence sur la dimension décroissante desstrates d’unestratification de Thom–Whitney S convenable de la base V et du mor- phisme f reflétantainsiunepropriété topologiquedu morphismealgébrique.La preuven’utilisepaslathéoriedescycles évanescentsetdiffèredespreuvesactuelles,quenouscitonsenréférences[1,8].

(3)

2. Preuvedeladécompositiondelacohomologieperverseetducomplexe(théorème 1.1)

Débutdelarécurrence.La situationest celle d’unmorphisme projectif de variétés algébriques complexes f

:

X

V X estlisse etd’uneVSHpolarisée définiesur unsystème localL

˜

sur lecomplémentaire d’unDCN Y dans X de dimension m etsoit L

:= ˜

L[m

]

.Ononsidère l’ouvert U formépar laréunion desgrandes strateslisses d’unestratification de V de dimension n telque larestriction de f au-dessusde U soit lisseet propreetque le complémentaire de U dans V soit égal à laréunion Vn1 des stratesde dimension

n

1 contenant le lieu singulier de V etd’image réciproque XVn−1 un DCNdans X.Onpeutsupposer lecomplémentaire Y del’ouvert dedéfinition

Ω

dusystèmelocalLun DCNdans X, réunionde XVn−1 etd’unDCNhorizontalnotéYh telqueYU

:=

Y

f1

(

U

) =

Yh

f1

(

U

)

soitunDCNdans f1

(

U

)

relatif au-dessusdeU etnecontenantpasdefibrede f.

Alors, lafamille de cohomologied’intersectiondes fibresformeune VSHsur U.Dans cecas, les faisceauximagesdi- rectessupérieures Rifj!∗Lcoïncidentaveclescohomologies perverses : pHi

(

R f

(

j!∗L))

=

Hi

(

R f

(

j!∗L)),lethéorèmede Lefschetzdifficiles’applique,etparconséquentlesrésultatsde[3]aussi,d’oùladécompositionsur U.

RéductiondupasderécurrencepourunefibrationpardesDCNsurlesstratesaucasd’unestratededimensionzéro.Parconstruction, l’imageréciproque XVi

:=

f1

(

Vi

)

dela réuniondesstratesde dimension

i pour i

∈ [

0

,

n

]

estun DCNdans X etpour chaquestrateSl dedimensionl, XSl

=

f1

(

Sl

)

estunDCNrelatif([6],Définition3.1).

Danscecas,lastratificationestditeadaptéeà f etL.L’espaceY contientdonclessingularitésde Letde f de sorte que l’on puisse utiliser des complexes logarithmiques pour la théoriede Hodge à coefficients dans L sur X ([2], 8.3.3, theorem 8.3.14)et[7].Nousutilisonsles notationssuivantes :

(

X

XVl

)

jl X i

l

XVl,

(

V

Vl

)

kl V

il

Vl, f

:

X

V et fl

:

Xl

Vl,enfin Vl

:=

Vl

Vl1désignelaréunion(éventuellementvide)desstratesdedimensionl.OnécritiSl

:

Sl

Sl pourchaquestrateet,demême,avecabusdenotation iSl

:

Sl

V.

Toutpoint vd’unestrate Sl admetunvoisinageBv munid’uneprojection g

:

Bv

Dl dansunproduitdedisquestelle que son composé g

(

f|XB v

)

avec la restriction de f soit lisse etque XBvSl soit un DCNdans XBv relatifsur Bv

Sl. Pour tout point t de Bv

Sl, la fibre de g au-dessus du point g

(

t

)

Dl est une section normale Nt de Sl au point t d’imageréciproquelisse XNtcontenantleDCNXt.Lesdonnéessur X seréduisentàdesdonnéescorrespondantessur XNt. En particulier, lecomplexe logarithmique à coefficients etses filtrations W et F sur X ont une bonne réduction en un complexelogarithmiquesur XNv munidesfiltrationsW etF construitesdirectementsur XNv,cequinousramèneaucas d’unestratededimensionzérod’unestratificationsurNv,auquelcasondisposeduthéorèmedepuretélocaleaupoint v delasectionnormaleNv à Sl.

Casd’unestratededimensionzéro.Siv estunpointdansV0.Onvamontrerquelapuretélocaleauxpoints v delaréunion V0 des strates de dimension zéro permet d’étendre la décomposition de V

V0 à V. La preuve étant locale, on peut supposer V projectiveetV0 réduità unpoint v.Onécritalors :kv

: (

V

− {

v

} )

V

,

iv

: {

v

} →

V

,

iXv

:

Xv

=

f1

(

v

)

X, et jv

: (

X

Xv

)

X.

La suite exacte du théorème est associée au triangle sur V : ivRi!v

(

K

)

α K

ρ RkvK|V−{v}

[1] et, de plus, on a :

pHi

(

ivRi!vK

)

ivHi

(

Ri!vK

)

.

Afindecalculersuccessivementimp

ρ

i,imp

α

ietdeprouverlescindagedanspHi

(

K

)

,ilnousestutiledesignalerd’abord lecalculdecohomologieperversede RkvK|V−{v}sousl’hypothèsedeladécomposition(théorème 1.1(i))surV

v : Lemme2.1.SoitSlunestratedeV ,v unpointdelastrateV0dansl’adhérencedeSl,etK

:=

j

(

iSl

)

!∗Llj

[

l

j

]

unesommedirecte desystèmeslocauxsurSl.Ona :

(i) unesuiteexactecourtepourtouti 0

(

iSl

)

!∗

Lli

[

l

]

pHi

RkvkvK

h

ji Rikv

kv

(

iSl

)

!∗Llj

[

l

j

]

0 (2)

oùlederniertermeestunfaisceauendegrézérodesupport v.

(ii) H0

(

ivpHi

(

RkvkvK

))

jiRikv

(

kv

(

iSl

)

!∗Llj

[

l

j

] )

Rikv

(

kv

(

p

τ

iK

))

.

(iii) enparticulierunmorphisme

ϕ

àvaleurdanspHi

(

RkvkvK

)

sefactorisepar

(

iSl

)

!∗

(

Lli

[

l

] )

sih

ϕ =

0.

Suitedelapreuve.IlsuffitdeconsidérerlecasVj

=

V0égalàunpoint

{

v

}

dansl’énoncéduthéorème.

1)Calculdel’imagede p

ρ

i.Pardéfinitiondufoncteurextensionintermédiaire([1],1.4.22,p. 54),ona :

(

kv

)

!∗pHi

(

kvK

) =

im

p

Hi

(

R

(

kv

)

!kvK

)

pγi

pHi

(

R

(

kv

)

kvK

)

D’aprèsl’hypothèse de(1.1(i)),ceci estaussi égalà SlVl

0<ln

(

iSl

)

!∗Lil

[

l

]

Vl

=

Vl

Vl1,dimSl

=

l.Lemorphisme p

γ

i se factoriseenp

γ

i

=

p

ρ

i

p

β

i: pHi

(

R

(

kv

)

!kvK

)

pβi

pHi

(

K

)

pρi

pHi

(

R

(

kv

)

kvK

)

;onendéduit :

(4)

imp

ρ

i

S

lVl

0<ln

(

iSl

)

!∗Lli

[

l

] =

imp

γ

i

.

Pourobtenirl’égalitéimp

ρ

i

=

imp

γ

i,ilsuffitdeprouver,d’aprèslelemme2.1(iii),quelemorphisme p

ρ

i0,induitpar p

ρ

i surlacohomologieendegrézéro,s’annule :

H0

ivpHi

(

K

)

pρ0i

−→

H0

ivpHi

(

RkvkvK

)

S

lVl

0<ln,ji Rikv

kviSl!∗Llj

[

l

j

] .

Interprétationdumorphismep

ρ

i0.OnconsidèredepetitsvoisinagesBv de vetBXv de Xv etoninterprètelemorphisme p

ρ

i0

comme un morphisme H0

(

Bv

,

pHi

(

K

))

H0

(

Bv

v

,

pHi

(

K

))

GripτHi

(

BXv

Xv

,

j!∗L). En effet : Hi

(

Bv

,

p

τ

iK

)

Hi

(

Bv

,

pHi

(

K

) [−

i

] )

car Hi

(

Bv

,

p

τ

<iK

) =

Hi

(

iv

(

p

τ

<iK

)) =

0 et Hi+1

(

Bv

,

p

τ

<iK

) =

Hi+1

(

iv

(

p

τ

<iK

)) =

0, et par consé- quent p

ρ

i0 sefactorisecommesuit :Hi

(

Bv

,

p

τ

iK

)

Hi

(

Bv

,

K

) =

Hi

(

Xv

,

j!∗L

)

Hi

(

BXv

Xv

,

j!∗L

)

.

SiLestuneVSHpolariséedepoidsa,l’espaceHi

(

Xv

,

j!∗L

)

estdepoids

ω ≤

a

+

ialorsqu’àdroitelepoidsest

ω >

a

+

i d’aprèslerésultatsurlapuretélocaleenv,donc p

ρ

i0

=

0.

2) L’isomorphismeimp

α

i

ivLi0. Le morphisme de connexion pHi1

(

RkvK|V−{v}

)

pδi−1

Hiv

(

V

,

K

)

s’annule sur l’imagede p

ρ

i1 etpar conséquent, d’après lelemme 2.1(i), son image est égaleà celle de l’espace vectoriel Ri1kvkv

(

p

τ

i1K

)

: Ri1kvkv

(

p

τ

i1K

)

pδi−1

pHi

(

i!vK

) =

Hiv

(

V

,

K

)

HiXv

(

X

,

j!∗L)etl’on aimp

α

i

Hiv

(

V

,

K

)/

imp

δ

i1.Parailleurs,rappelons queLi0estl’imagedumorphismed’intersectionIiv endegréidanslediagrammesuivant :

Hi1

ivRkvK|V−{v}

δi1

→ H

iv

(

V

,

K

)

I

iv

Hi

ivK

ρi

Hi

ivRkvK|V−{v}

(

) etl’ona :imIiv

Hiv

(

V

,

K

)/

im

δ

i1.Ilsuffitdoncdeprouver : imp

δ

i1

=

im

δ

i1.Vuqueladécompositions’appliquepar récurrencesur V

− {

v

}

,ontrouve :

p

δ

i1

Ri1kvkv

(

p

τ

i1K

)

δ

i1

p

τ

i1

H

i1

(

BXv

Xv

,

j!∗L

) ,

alors quel’on veutl’égalité avectoute l’image

δ

i1

(H

i1

(

BXv

Xv

,

j!∗L)), cequi découlede lapuretélocale.En effet,le quotientHi1

(

BXv

Xv

,

j!∗L

)/

p

τ

i1 estdepoids

ω <

a

+

i etlepoidsdeHiXv

(

X

,

j!∗L

)

est

ω ≥

a

+

i,d’oùl’ondéduitque lesimagesdep

δ

i1 et

δ

i1 sontégalesdansHiXv

(

X

,

j!∗L)depoids

ω ≥

a

+

i.Vuqueimp

α

i

=

kerp

ρ

i,onobtientunesuite exacte :0

ivL0i

pHi

(

K

)

SlVl

0<lniSl!∗Llj

[

l

] →

0.

3) ScindagedepHi

(

K

)

. Considéronsla suiteexacte : pHi

(

R

(

kv

)

!kvK

)

pβi

pHi

(

K

)

θi Hi

(

ivK

)

.Par définitionde Li0,le mor- phisme

θ

iinduitunisomorphismesurivLi0

=

imp

α

i

=

kerp

ρ

i,alorsque

θ

i

p

β

i

=

0,etparconséquentimp

β

i

Li0

=

0.On endéduitquep

ρ

iinduitunisomorphisme :imp

β

i

pρi

imp

ρ

ietfinalement :pHi

(

K

) =

imp

β

i

ivL0i Remarque1.Onretientlesrelationsutilespourlasuite :

kerIiv

=

kerp

α

i

imp

δ

i1

S

lVl

0<ln,0i1j

Ri1jkv

iSl!∗Llj

[

l

]

S

lVl

0<ln,0<ij

Hivj

iSl!∗Llj

[

l

] .

Lefschetzdifficile.L’isomorphisme

η

i (théorème 1.1(ii)), d’aprèsl’hypothèse de récurrence, s’étendaux extensionsintermé- diaires

(

kv

)

!∗kvpHi

(

K

)

. On poseLiv

=

im

(

HiXv

(

X

,

j!∗L

)

I

iv

Hi

(

Xv

,

j!∗L

))

pour l’image du morphisme d’intersection Iiv au point v.L’assertion(ii)duthéorème1.1découledulemmesuivant.

Lemme2.2.

(i) LaVSH :LjisurunestrateSj

VjestdualedePoincarédeLijpourtouti

Z. (ii) Lecup-produititéréavec

η

induitdesisomorphismes

η

i

:

Lji

LijsurSjpouri

0.

L’assertion(i) estclairesurladéfinitionauto-dualedumorphismed’intersection.

(ii) On peutsupposer j

=

0 et Sj un point v.Il estintéressant d’interpréterl’assertiondanslecasclassiqueL

˜

estun systèmelocalendegré0 sur X lisseetXv estlisseaussi.LapreuveutilisealorsladécompositiondeLefschetzsur Xv,par contrelerésultatneconcernepaslapartieprimitivedeHi

(

Xv

,

L|Xv

)

.

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