partielles – École Polytechnique
L. B OUTET DE M ONVEL
Intégration des équations de Cauchy-Riemann induites formelles
Séminaire Équations aux dérivées partielles (Polytechnique) (1974-1975), exp. n
o9, p. 1-13
<http://www.numdam.org/item?id=SEDP_1974-1975____A8_0>
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SEMINAIRE GOULAOUIC-LIONS-SCHWARTZ 1974-1975
INTEGRATION DES
EQUATIONS
DECAUCHY-RIEMANN
INDUITES FORMELLES
par L. BOUTET DE MONVEL
CENTRE 17,
75230 Paris
ll’É ’i13 3?
05Exposé n 0
IX 22 Janvier 1975Soit 0
un ouvert deC n
de frontière L’ensemble des vecteurstangents (dérivations) qui.
sonttangents à
an etanti-holomorphes (i.e.
combinaisons linéaires desà/ôZ.)
est un sous-00 J
fibré vectoriel C T" du fibré
tangent complexe qui
vérifiela condition
d’intégrabilité
de Frobenius(i.e.
siZi, Z2
sont deuxsections
C
deT",
, le crochet est aussi section deT") .
. Si (1 est strictementpseudo-convexe,
lesrestrictions à
an des fonctionsholomorphes
dans0,
et dont les dérivées sont toiites continues suro = 0 U bO sont exactement les fonctions f E telles que
Z(f)
= 0pour tout Z E T". On dit alors que X est muni d’une structure
quasi- complexe (cf. [4]
oo
Plus
généralement,
soit X une variété réelle C de dimension 2n- 1. Une structure presquequasi-complexe
sur X est la donnée d’unsous-fibré C
T" du fibrétangent complexe £~ TX,
de dimension n - 1 surC,
tel que T" et sonconjugué
T’ = T" soient linéairementdisjoints 9
elle est
intégrable
si deplus
T" vérifie la conditiond’intégrabilité
de Frobenius. Il est naturel de se demander si une structure presque
quasi-complexe intégrable provient (localement)
d’une structurequasi- complexe,
au moinslorsque
l’on fait unehypothèse
depseudo-convexité.
Il en est bien ainsi si toutes les données sont
analytiques réelles,
mais un
contre-exemple
de L.Nirenberg (~7j)
montre que c’est faux pour n ~ 2 ~ ~., il existe unchamp
de vecteurs Z =a1
à
coefficients surR3
tel queZ,
~ leconjugué Z,
et le crochetsoient linéairement
indépendants,
et tel que les seules solutions del’équation
Zf ~ 0 soient les fonctions constantes(alors
quel’équation
Zf = 0 doit avoir deux solutions de différentielles linéairement
indépen-
dantes si Z définit une structure
quasi-complexe).
Nous montrons iciqu’au
contraire le résultat est vrai sin > 2, lorsque
X estcompact
etque la structure presque
quasi-complexe
vérifie en outre unehypothèse
de stricte
pseudo-convexité. L’hypothèse
decompacité
est essentielle dans la démonstrationci-dessous, ou
ellepermet
de construirel’analogue
d’une
décomposition
deHodge-De
Rham(celle
de J. J. Kohn(~4J)~
quenous
précisons
icigrâce à
notre étude desopérateurs à caractéristiques
doubles
~2j).
Nous ne savons pas si la version locale duthéorème
dun°2
(i.e.
sanshypothèse
decompacité )
est vraie.L’hypothese
depseudo-
convexité est elle aussiindispensable :
il estprobable qu’elle peut
être affaiblie, mais il serait de toute
façon
peu n turel de s’ endispen-
ser
complètement.
§
1. 8DESCRIPTION DU PROBLEME : LE CAS
"TOUT IlV’TEGRE" .Soit Y un ouvert de
C ,
defrontière C X
t Y est défini par uneinégalité p 0,
et X parl’égalité p = 0, ou
p est une fonctioncco
iR
et la
différentielle dpne
s’annule en aucunpoint
de X.Notons T" le fibré des vecteurs
antiholomorphes tangents a X :
oo
les sections C de T" sont les
champs
de vecteurs tà coefficients aj E Coo(X),
tels queZ, dp>
= 0.T" est un fibré vectoriel
complexe
de dimension(complexe)
n- 1oo
On dit
qu’une
fonctionf E C (X)
vérifie leséquations
deRiemann induites
(sur X)
siZ,df> =
0 pour tout vecteur ZET".oo co
Il est clair que si
F E C (Y) (i.e.
F estC
dansY,
etdérivée
de F a une limite sur X =àY)
estholomorphe
dansY,
vérifie les
équations
deCauchy-Riemann
induites. Il y a uneréciproque
du moins
lorsque
Y est strictementpseudo-convexe ; rappelons
que cecisignifie qu’on
a pour toutx E X,
et, pour touth E Cnon nul, tangent à
X en xT" )
o n a : .,Proposition
1 : âSupposons Y
strictementpseudo--convexe
auvtisinage point
XE X. Si f EC 00 (X)
vérifie leséquations
~r~Cauchy-Riemann
au
voisinage
de x, il existeholomorphe
de x
(dans Y) , tel le FI
X.Ce résultat est maintenant
classique
(cf.L5.J)
" le mecontenterai
d’indiquer le principe
ci e ÍSoit
Y(t)
la "fonction de Heaviside’" : -.Y(t)
= 0 si t0,
1 siet
soit p
la formedifférentielle à
coefficients mesuresportées
par X *.
où d
est lapartie antiholomorphe
de la différentielle extérieure :Si est
holomophe
dansY,
et si f =FIX,
on aoù
par abusY(-p)F désigne
leprolongement
de F par 0 hors de Y. Par suite si f ~ 0 auvoisinage
de x, la fonctionqui prolonge
F par 0 hors de Y estholomorphe
auvoisinage
de x, donc nulle auvoisinage
de x,d’où
l’asser~~tion d’unicité.
D’autre
part
on vérifiequ’une
fonction vérifie leséquations
deCauchy-Riemann
induites si et seulement siDonc si f vérifie les
équations
deCauchy-Riemann
induites auvoilage
de x , il existe une distributionF1
telleque dF1 = f03BC
auvoisinage
de x.F 1 est
holomorphe
hors de X(au voisnage
dex),
et si deplus
Y est strictementpseudo-convexe
en x, il existe une fonctionF2 holomorphe
auvoisinage
de xqui
coïncide avec F hors de Y : i on montre alors queF =
F1 - F2 épond à
laquestion.
Nous dirons ancore
qu’une
fonctionfEÙ°(X)
estholomorphe
sielle vérifie les
équations
deCauchy-Riemann
induites. Il est clairque les fonctions
holomorphes séparent
lespoints
deX,
et que pour toutx E X il existe des fonctions
f. E C 00 (X) ( j ~ 1, ... , n) holomorphes, qui
définissent une immersion d’un
J voisinage
de xdans tn (on peut prendre
par
exemple
les restrictionsà
X des fonctionsholomorphes linéaires).
Nous
exploitons
enfin le fait que Y est strictementpseudo-
convexe. On a
d’après
la formule deTaylor :
1Posons alors
Pour x £ X et
x . h E X ,
on ap(x) = p (x + h) _ 0,
doncSi de
plus
Y est strictementpseudo-convexe
auvoisinage
de x, on asi h est
tangent à
XNous avons donc démontré le résultat suivant ,,
Proposition
2 ~ Pour tout x6Xduquel
Yest
strictementpseudo-convexe, il
existe une fonctiongx holomorphe,
nulle en x, et telle queau
de
~, p 2ur z EX.§
2.c*>
Soit X une variété réelle
C ,
ycompacte,
de dimension 2n-l.Soit T" un sous-fibre du fibre
tangent complexifié,
dedimç;sion
n- 1(sur 9;) ,
linéairementdisjoint
duconjugué
Tt = T". Alors est un fibre réel de dimension 1 sur X. On supposeque
(2.1)
T" est formellementintégrable ;
autrement dit siZ,
1 Z 2 sont deuxsections C de
T",
le crochet-ZlZ 2
est encore une section de T".(2.2)
Si sont des sections dequi
définissent une base de T’ auvoisinage
d’unpoint x E X,
et si N est une section nulle deNX,
on aoù (c j k) est
une matrice hermitienne de fonctions00
et est ou bienjk
positive
nondégénérée,
ou biennégative
nondégénérée
auvoisinage
dex.
Cette
deuxième
condition estl’analogue
de la condition de Levi(pseudo-convexité).
Elle nedépend
pas du choix des Z. Si elle estj
vérifiée. NX est orientable et on
peut
en choisir une sectionglobale
Nqui
ne s’annule nullepart
surX,
telle que la matrice(c. )
soitpartout
positive
nondégénérée.
Nous dirons encore
qu’une
fonctionf6C (X)
estholomorphe
si0 pour toute section
Z
de T".Théorème
tSupposons
n >2,
alorsfonctions
holomorphes séparent
lespoints
deX,
2) Pour tout
xE xi1
existe n fonctionsholomorphes e (x)
telles
que ((p ~...~ )
définisse une immersion d’unvoisinage
de xdans
Cn
(1 e. lesparties
réelles etimaginaires
des (p. contiennent unsystème de
coordonnées locales auvoisinage
dex).
Ainsi pour tout
xÉ X,
il existe une immersion(pd’un voisinage
XI 0
de x sur le bord X 0 d’un ouvert(a frontière C )
Y0
de
Cn,
strictementpseudo-convexe en $(x) (il
faut choisir le bon côté de X0
telle que les coordonnées soient des fonctionsholomorphes
transforme unefonction
notomorphe
sur X’ o en une fonctionholomorphe
surX
oyqui
d’après
len01
est donc un bonmodèle
local pour la situation ci-dessus.Globalement,
on voit en recollant lesmodèles
locaux dun 1
qu’il
existe une variétéà
bordi =
YU X(
de bordX) ,
munie d’uneco
strucutre
complexe intégrable
a coefficients Cjusqu’au
bord telle queÏ
soit strictementpseudo£onvexe
auvoisinage
dechaque point
deX,
et queT,H
exactement le fibre des vecteurs,-;mor’phes tangents à
X.X
Autrement
dit,
T" définit une structure presquecomplexe
sur ~.Il résulte même d’un
théorème
de H. Rossi([8J)
que si Y est unvoisinage
assezpetit
deX,
lespectre
maximal Z del’algèbre O(Y)
desfonctions
holomorphes
de Y est un espaceanalytique
de Stein(à
singularités
isolées etnormales),
tel que Z-Y soit relativement corn? i dans z -. X est donc le bord d’un espaceanalytique à
bordcompact,
lisseau
voisinage
de X, et T" est le fibre des vecteursanti-holomorphes
tangents à
X. Ceciprécise
en partie le lien entre la famille universelle de structures presquecomplexes intégrables
construites par M. Kuranishiet les d6formations de
singularités
isolées.Le reste de
l’exposé
est consacréà
la démonstration du théorème.§ 3
oo
Si E est un fibre C sur
X,
nous noterons E le faisceau de sesco
"’~°’°
sections C .
*
l’algebre
des formes a coefficients com-plexes C’13
sur X. Soit17
H l’idéalengendré
parl’orthogonal
de T"*
, , * ,
,
dans IET Dire que Trt est formellement
intégrable équivaut a du e
~
est stable par la différentielle extérieure d.~~
nuterons
D
lecomplexe d’opérateurs différentiels
sui11’1 déduit l ie il par passage au quotient : i
D
estdéterminé,
defaçon unique,
par les conditionsLocalement,
onpeut
choisir une base~
E . (1 ~ j ~ n-1)
est la base duale deJ
court l’ensemble des suites croissantes
it
ment une base de AT" .
Comme T" est formellement
intégrable,
on aEcrivant
b2 y =
0 pourE C (X),
on déduit immédiatementOn a alors
et,
Dans la situation du
n01, ~
s’identifie aucomplexe à
déduitdu
complexe
de Dolbeault surl’algèbre Q°,.
des formesanti-holomorphes
00
à
coefficients C par passage auquotient
par l’idéalengendré
par p etap.
Pour cetteconstruction,
voir aussiisj , [6j ) .
Faisant §
=dy(x) ,
u ~w(x) ,
on en déduit la formule pour lesymbole
de D tDans cette
situation,
l’ensemble(cône) caractéristique
estl’ ensemble des covecteurs 0 tels que ne s oit pas
exact,
c’ est
à
dire le sous fibré(vectoriel)
réel de codimension n - 1 de Tdes S -j
0orthogonaux à
T"(donc
aussià
T’ =T") .
Nous le noterons E . .Localement,
si T" a pour base leschamps
de vecteursC Z1,...,Zn-1
1 n-1 , de J J - défini e par leséquations
La condition
(2.2) (condition
deLevi) s’exprime
alors commesuit : t
(3.1)
La matrice hermitienne1 {Cj.,Ck}
est ou bien définiepositive,
you bien définie
négative
sur E.désigne
le crochet de Poisson : en coordonnées locales1 ~ ~ ~, - i
Je
noterai E (resp. X )
lapartie
de E où cettematrice
est» 4
1":=
est U!i f i bré de fibreR+ (nombres
réels >0)
sur X ,Il est commode d’ intioduire une
métrique
riemannienne sur X.Nous que la
métrique
est hermitienne si T’ et T" sont totalementisotropes
la formequadratique qui prolonge
lamétrique à TXOC,
ou,ce
qui
rêviez aumême,
si T’ et T" sontorthogonaux
pour la formehermitienne
qui prolonge
1 amétrique
sur Une tellemétrique
existetoujours.
On alors le carré de D parOn prouve
dans [1] (cf.
aussi résultat suivant. k pourchaque point (x,§) 6E
il existe une transformationcanonique ~
et une transfor-mation
intégrale
de Fourier Fassocié a ~, elliptique,
définies auvoisinage
de(x,~ ) , qui
transforme lecomplexe D
encomplexe
où
E. est lamultiplications
extérieure par lej-ieme
vecteur de base dedans ACn-1 et
Z. estl’opérateur pseudodifférentiel
j
(JD’) 1 désigne
la racine duLaplacien partiel
Alors, posant
On y montre de même
qu’au voisinage
dechaque point
de E ilexiste une transformation
intégrale
de Fourierelliptique qui
transformeD en
et
qu’ o.n
aOn montre enfin que
1
esthypoelliptique,
etpossède
une
paramétrix qui
est unopérateur pseudo-différentiel
detype 1/2 ,
sauf si 1 est entier
pair négatif.
Ainsi0 (resp.
+0 )
-possède
uneparametrix, qui
est unopérateur pseudo-différentiel
detype 1/2,
saufen
degré
0(resp. n-1) . (Les opérateurs Z.,
9 et lessignes,
ont étéj
choisis de sorte que le noyau de
Po
dans le faisceau desmicrofonctions, égal
au noyau commun desZ.,
est "trèsgros",
décrit parl’opérateur
deHermite
H~ de [lj) .
.
i.e. le
symbole
totala(x,§)
vérifie desinégalités
de la formeRevenant
à
la situationinitiale,
onenfin,
en utilisant* *
que D = D D+DD admet une
parametrix E, qui
est unopérateur pseudo-
différentiel detype 1/2,
sauf endegré
0 surX ,
et endegré
n-1 surE (le premier
groupe decohomologie
deD ~
coefficients dans les micro- fonctions estporté
parE+,
et au contraire le n-1ieme
estporté
parZ ) (E
n’est pasl’opérateur
obtenu entransportant
laparametrix
de0 +
paropérateur intégral
de Fourierelliptique,
car on achangé
demétrique
en cours de
route ~
il a néanmoins les mêmespropriétés).
Il n’est pas
question
dereproduire
ici la démonstration deces
assertions, qui.
esttrop longue,
et se trouve en détail dans~2j.
Nous en retiendrons néanmoins la
conséquence
suivante -.si
n-11 1,
c’està
dire sin > 2,
0 a uneparametrix
endegré
1.Comme X est oo
compact,
et 0autoadjoint, Ker~1
est de dimensionfinie,
contenu 2 dans et lmDl
estl’orthogonal (pour
leproduit
scalaire deL2(X, Tt’ ) )
de KerDl-
Notons alors E
l’opérateur autoadjoint
nul sur Ker 1 etqui
induit l’inverse de
Li
sur lm est uneparamétrix
deCli
9 donc c’estun
opérateur pseudo-différentiel
detype 1/2,
et enparticulier
il estco (X)
continu : c C . En outre
- * -
D D E est le
projecteur orthogonal
surlm D (er.l degré 1)
* *
D D E est le
projecteur orthogonal
sur lm D(c’est
la théorie deHodge-De
Rham pourD,
endegré 1) d’ où
enfin-ié m ~t* 00
Proposition
3 ~L’opérateur
H = D E est continu : ^.C~(X,T" ) ~ C~(X) ,
et on
a D H w
= Ws]
Jo E lm D.(Nous
avonsrepris,
en laprécisant,
ladécomposition
deHodge-De
Rhamde J. J. Kohn
[4]).
§
4. FIN DE LA DEMONSTRATIONPar
hypothèse,
T" est formellementintégrable.
Onpeut
donctrouver ~tu moins des solutions formelles de D. En
particulier,
pour toutxEX,
il existe n fonctions telles que les soient nullesn J
d’ordre infini en x, et =
0,
définissant une immersion d’unn J
voisinage
de x dans f nSoit alors X’
l’image
de cevoisinage
de xpar
=q~;..,q~>ix
est le bord d’un ouvert Y’ de
C (au voisinage
deC(x)).
Dire que lesDyisont
nulles d’ordre infini en xrevient à
dire queo(T")
esttangent
j
d’ordre infini en
o(x)
au fibré des vecteursantiholomorphes
det nt
tangents à
X’. En outre la condition(2.2) implique
que Y’ est strictementpseudoconvexe
auvoisinage
de(il
faut choisir le boncôté).
Laproposition
2 dun01 implique
donc le résultat suivant :Proposition
2bis : Pour toutxE X,
il existe une fonctiong x
telle ue=
0,
queDgx
soit nulle d’ordre infini en x, etqu’on
ait(pour n’importe quelle métrique riemannienne) :
Regx(z) !>- c d(x, z)2avec
c > 0"(On prolonge
la fonction dun 0 1
de sorte que sapartie
réelle soit > 0 dans X -(x) ) .
Prouvons maintenant la
première
assertion duthéorème :
soitQuand k
tend vers +00,wk tend
vers 0 dansC 00 plus
vite quetoute
puissance
de1/1 (en effet, pour
tout N on a71-N (7, d (x, ,) ) 2 N e , et tNe
-et est bornéde même pour les dérivées des coefficients
qui
sont despolynômes
de
1,
dont les coefficients sont sommes deproduits
de et de fonctions nulles d’ordre infini enx).
D’après
laproposition 3, hk
=Hwk
tend vers 0(dans C (X))
pour
1--’+-,
et ona Dhk
=W1*
Soitalors fk
= on a parconstruction D f = 0. En outre on a, pour tout x’
# x,
lim f(x’)
=0 ;
k -+ +oo
et
puisque
g(x)
=0,
limf(x)
= 1 doncf(x’) 1 f(x)
pour 7L assezgrand.
X
Prouvons la
deuxième
assertion: i il existe une fonction=
(y X - C
aveco(x)
=0, définissant
une immersion au1 n
voisinage
de x(la
dérivée([)’
estinjective)
et telle que les soient nulles d’ordre infini en x. Commeci-dessus, wk.
=tend
versj ,1
0
pour
+co, et il existehj
tendant vers 0 dansC (X)
pour 1-* +co ,telle que Alors
y.
= yj e~- h.
0 estholomorphe
9 commeJ J J J J
gx
(x)
= =0, yj
et ontmêmes dérivées
d’ordre 1 en x ; etx j J J
comme les dérivées en x de h. tendent vers 0 pour X- +oo, la dérivée en
k k k J
x de
p -= tend,
pour 7b +oo, vers la dérivée de0,
donc estinjective pour
assezgrand.
Ceciachevé
la démonstration.Dans
Nirenberg suggère
de prouver lethéorème localement,
sans
hypothèse
decompacité
sur X(version
locale duthéorème).
Lethéorème prouvé
ici estplus facile, où l’hypothèse
decompacité
assurequ’il
y a unedécomposition
deHodge-De
Rham pour D.Ceci dit
l’hypothèse
de strictepseudo-convexité
est intervenue deux fois defaçon
essentielle au cours de la démonstration i auno3,
pour la construction de
la parametrix
deD, qui
estlocale,
et pour ladécomposition
deHodge-De Rham, qui
estglobale
9 et aun 04,
pour la constuction de solutionsasymptotiques qui, elle,
estpurement
locale.[1]
S. Bochuer :Analytic
andmeromorphic
continuationby
means ofGreen’s formula. Ann. Math. 44
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On the local character of the solutions of anatypical
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