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C. R. Acad. Sci. Paris, Ser. I
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Algebraic geometry
De la pureté locale à la décomposition
From local purity to decomposition
Fouad El Zein
a, D ˜ung Tráng Lê
b,
caInstitutdemathématiquesdeJussieu,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 ouvertΩ
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 f∗j!∗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.
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.LepasderécurrenceconsisteàétendreladécompositionàUj−1 lelongde Vj−
Vj−1,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
:=
f−1(
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!XSlj!∗L
→
i∗XSlj!∗L
,
Lil=
imR−l+ifl∗
Ri!XSlj!∗L
ISl→
R−l+ifl∗ i∗XSlj!∗L
,
(1)estinduitsur Sl parlecomposédumorphismeiXSl∗Ri!X
Slj!∗L
→
j!∗Letdumorphismederestriction j!∗L→
iXSl∗i∗XSlj!∗L. Sousl’hypothèsede fibrationsurlesstratesde V,lesimagesLil de ISl sontdessystèmeslocauxsur lesdifférentesstrates.
CesLlisontenfaitdesVSHdepoidsa
+
i−
l siLestdepoidsa,carLil estl’imaged’unevariationdeSHMdepoidsω ≥
a+
i−
ldansunevariationdeSHMdepoidsω ≤
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 f∗j!∗Lsedécomposesurl’ouvertV−
Vj enunesomme directe d’extensions intermédiaires de VSH Lli (1)sur les strates Sl de Vl∗:=
Vl−
Vl−1 pourtoutl>
j,
iSl:
Sl→
V : pHi(
K)
|V−VjSl⊂Vl∗j<l≤n k∗jiSl!∗Lil
[
l]
.AlorslasuiteexactelonguedecohomologieperversepHi
((
ij)
∗R(
ij)
!K)
pαi
→
pHi(
K)
pρi
→
pHi(
Rkj∗K|V−Vj)
pδi
→
donnelieuàune suiteexactecourte :0→
impα
i→
pHi(
K)
pρi
→
impρ
i→
0defaisceauxpervers,quiestscindéesurV−
Vj−1:imp
α
i=
kerpρ
iSj⊂V∗j
iSj!∗Lij et imp
ρ
i= (
kj)
!∗k∗jpHi(
K)
S
l⊂Vl∗j<l≤n
iSl!∗Lli
[
l] ,
etquisedécomposeentermesdeLilpourl
>
j àdroiteetLijàgauche.(ii) Lefschetzdifficile :sionsupposeparrécurrence
η
i:
pH−i(
R f∗j!∗L)
|V−Vj→
∼ pHi(
R f∗j!∗L)
|V−Vj,estunisomorphismesur l’ouvertV−
Vj,alorsη
is’étendenunisomorphismeau-dessusdeV−
Vj−1.Corollaire1.2.
(i) Lecup-productaveclaclassed’unesectionhyperplanedéfinitdesisomorphismes
η
i:
pH−i(
K) →
pHi(
K)
pouri≥
0,etpar conséquentlecomplexeK sedécomposedanslacatégoriedérivéeenunesommedirectedesescohomologiesperversesdécalées, quisedécomposentàleurtourenunesommedirected’extensionsintermédiaires :K
=
i∈Z
pHi
(
K)[−
i]
et pHi(
K)
S
l⊂Vl∗0≤l≤n
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].
2. Preuvedeladécompositiondelacohomologieperverseetducomplexe(théorème 1.1)
Débutdelarécurrence.La situationest celle d’unmorphisme projectif de variétés algébriques complexes f
:
X→
V où 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 Vn−1 des stratesde dimension≤
n−
1 contenant le lieu singulier de V etd’image réciproque XVn−1 un DCNdans X.Onpeutsupposer lecomplémentaire Y del’ouvert dedéfinitionΩ
dusystèmelocalLun DCNdans X, réunionde XVn−1 etd’unDCNhorizontalnotéYh telqueYU:=
Y∩
f−1(
U) =
Yh∩
f−1(
U)
soitunDCNdans f−1(
U)
relatif au-dessusdeU etnecontenantpasdefibrede f.Alors, lafamille de cohomologied’intersectiondes fibresformeune VSHsur U.Dans cecas, les faisceauximagesdi- rectessupérieures Rif∗j!∗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
:=
f−1(
Vi)
dela réuniondesstratesde dimension≤
i pour i∈ [
0,
n]
estun DCNdans X etpour chaquestrateSl dedimensionl, XSl=
f−1(
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
←
lXVl,
(
V−
Vl) →
kl V←
ilVl, f
:
X→
V et fl:
Xl→
Vl,enfin Vl∗:=
Vl−
Vl−1désignelaréunion(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 XBv∩Sl 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=
f−1(
v) →
X, et jv: (
X−
Xv) →
X.La suite exacte du théorème est associée au triangle sur V : iv∗Ri!v
(
K) →
α K→
ρ Rkv∗K|V−{v}→
[1] et, de plus, on a :pHi
(
iv∗Ri!vK)
iv∗Hi(
Ri!vK)
.Afindecalculersuccessivementimp
ρ
i,impα
ietdeprouverlescindagedanspHi(
K)
,ilnousestutiledesignalerd’abord lecalculdecohomologieperversede Rkv∗K|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]
→
pHiRkv∗k∗vK
h→
j≤i Rikv∗
k∗v
(
iSl)
!∗Llj[
l−
j]
→
0 (2)oùlederniertermeestunfaisceauendegrézérodesupport v.
(ii) H0
(
i∗vpHi(
Rkv∗k∗vK))
j≤iRikv∗
(
k∗v(
iSl)
!∗Llj[
l−
j] )
Rikv∗(
k∗v(
pτ
≤iK))
.(iii) enparticulierunmorphisme
ϕ
àvaleurdanspHi(
Rkv∗k∗vK)
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(
k∗vK) =
impHi
(
R(
kv)
!k∗vK)
pγi
→
pHi(
R(
kv)
∗k∗vK)
D’aprèsl’hypothèse de(1.1(i)),ceci estaussi égalà Sl⊂Vl∗
0<l≤n
(
iSl)
!∗Lil[
l]
où Vl∗=
Vl−
Vl−1,dimSl=
l.Lemorphisme pγ
i se factoriseenpγ
i=
pρ
i◦
pβ
i: pHi(
R(
kv)
!k∗vK)
pβi
→
pHi(
K)
pρi
→
pHi(
R(
kv)
∗k∗vK)
;onendéduit :imp
ρ
i⊃
S
l∈Vl∗0<l≤n
(
iSl)
!∗Lli[
l] =
impγ
i.
Pourobtenirl’égalitéimp
ρ
i=
impγ
i,ilsuffitdeprouver,d’aprèslelemme2.1(iii),quelemorphisme pρ
i0,induitpar pρ
i surlacohomologieendegrézéro,s’annule :H0
i∗vpHi
(
K)
pρ0i−→
H0i∗vpHi
(
Rkv∗k∗vK)
S
l∈Vl∗0<l≤n,j≤i Rikv∗
k∗viSl!∗Llj
[
l−
j] .
Interprétationdumorphismep
ρ
i0.OnconsidèredepetitsvoisinagesBv de vetBXv de Xv etoninterprètelemorphisme pρ
i0comme un morphisme H0
(
Bv,
pHi(
K)) →
H0(
Bv−
v,
pHi(
K))
GripτHi(
BXv−
Xv,
j!∗L). En effet : Hi(
Bv,
pτ
≤iK)
Hi(
Bv,
pHi(
K) [−
i] )
car Hi(
Bv,
pτ
<iK) =
Hi(
i∗v(
pτ
<iK)) =
0 et Hi+1(
Bv,
pτ
<iK) =
Hi+1(
i∗v(
pτ
<iK)) =
0, et par consé- quent pρ
i0 sefactorisecommesuit :Hi(
Bv,
pτ
≤iK) →
Hi(
Bv,
K) =
Hi(
Xv,
j!∗L) →
Hi(
BXv−
Xv,
j!∗L)
.SiLestuneVSHpolariséedepoidsa,l’espaceHi
(
Xv,
j!∗L)
estdepoidsω ≤
a+
ialorsqu’àdroitelepoidsestω >
a+
i d’aprèslerésultatsurlapuretélocaleenv,donc pρ
i0=
0.2) L’isomorphismeimp
α
iiv∗Li0. Le morphisme de connexion pHi−1(
Rkv∗K|V−{v})
pδi−1
→
Hiv(
V,
K)
s’annule sur l’imagede pρ
i−1 etpar conséquent, d’après lelemme 2.1(i), son image est égaleà celle de l’espace vectoriel Ri−1kv∗k∗v(
pτ
≤i−1K)
: Ri−1kv∗k∗v(
pτ
≤i−1K)
pδi−1
→
pHi(
i!vK) =
Hiv(
V,
K)
HiXv(
X,
j!∗L)etl’on aimpα
iHiv(
V,
K)/
impδ
i−1.Parailleurs,rappelons queLi0estl’imagedumorphismed’intersectionIiv endegréidanslediagrammesuivant :Hi−1
i∗vRkv∗K|V−{v}
δi−1→ H
iv(
V,
K)
Iiv
→
Hi i∗vK ρi→
Hii∗vRkv∗K|V−{v}
(
∗
) etl’ona :imIivHiv(
V,
K)/
imδ
i−1.Ilsuffitdoncdeprouver : impδ
i−1=
imδ
i−1.Vuqueladécompositions’appliquepar récurrencesur V− {
v}
,ontrouve :p
δ
i−1Ri−1kv∗k∗v
(
pτ
≤i−1K)
δ
i−1pτ
≤i−1H
i−1(
BXv−
Xv,
j!∗L) ,
alors quel’on veutl’égalité avectoute l’image
δ
i−1(H
i−1(
BXv−
Xv,
j!∗L)), cequi découlede lapuretélocale.En effet,le quotientHi−1(
BXv−
Xv,
j!∗L)/
pτ
≤i−1 estdepoidsω <
a+
i etlepoidsdeHiXv(
X,
j!∗L)
estω ≥
a+
i,d’oùl’ondéduitque lesimagesdepδ
i−1 etδ
i−1 sontégalesdansHiXv(
X,
j!∗L)depoidsω ≥
a+
i.Vuqueimpα
i=
kerpρ
i,onobtientunesuite exacte :0→
iv∗L0i→
pHi(
K) →
Sl⊂Vl∗0<l≤niSl!∗Llj
[
l] →
0.3) ScindagedepHi
(
K)
. Considéronsla suiteexacte : pHi(
R(
kv)
!k∗vK)
pβi
→
pHi(
K) →
θi Hi(
i∗vK)
.Par définitionde Li0,le mor- phismeθ
iinduitunisomorphismesuriv∗Li0=
impα
i=
kerpρ
i,alorsqueθ
i◦
pβ
i=
0,etparconséquentimpβ
i∩
Li0=
0.On endéduitquepρ
iinduitunisomorphisme :impβ
ipρi
→
impρ
ietfinalement :pHi(
K) =
impβ
i⊕
iv∗L0i Remarque1.Onretientlesrelationsutilespourlasuite :kerIiv
=
kerpα
iimpδ
i−1S
l⊂Vl∗0<l≤n,0≤i−1−j
Ri−1−jkv∗
iSl!∗Llj
[
l]
S
l⊂Vl∗0<l≤n,0<i−j
Hiv−j
iSl!∗Llj
[
l] .
Lefschetzdifficile.L’isomorphisme
η
i (théorème 1.1(ii)), d’aprèsl’hypothèse de récurrence, s’étendaux extensionsintermé- diaires(
kv)
!∗k∗vpHi(
K)
. On poseLiv=
im(
HiXv(
X,
j!∗L)
Iiv
→
Hi(
Xv,
j!∗L))
pour l’image du morphisme d’intersection Iiv au point v.L’assertion(ii)duthéorème1.1découledulemmesuivant.Lemme2.2.
(i) LaVSH :L−jisurunestrateSj
⊂
V∗jestdualedePoincarédeLijpourtouti∈
Z. (ii) Lecup-produititéréavecη
induitdesisomorphismesη
i:
L−ji→
LijsurSjpouri≥
0.L’assertion(i) estclairesurladéfinitionauto-dualedumorphismed’intersection.
(ii) On peutsupposer j