IV. Formules de Poisson non lin´eaires et noyaux du transfert automorphe
On consid`ere toujours le groupe r´eductif quasi-d´eploy´e Gsur F muni de la repr´esentation de transfert ρ:GboΓF →GLr(C) et, pour tout degr´er0≥2, le groupe crois´e associ´eGr0 muni de la repr´esentation de transfert crois´eeρr0 :Gbr0oΓF →GLrr0(C).
Le but du pr´esent paragraphe est de montrer, en sens inverse du paragraphe pr´ec´edent, que la “formule de Poisson sans terme de bord relative `aρr−1surGr−1(A)” permet de construire, pour toute partie non vide S de |F|contenant Sρ, suffisamment de “S-noyaux du transfert” pour en d´eduire le transfert automorphe global parρdeG`a GLr.
On reprend donc la construction deS-noyaux du transfert parρl`a o`u nous l’avions laiss´ee aux paragraphes I et II.
On est parti d’une famille de “noyaux locaux du transfert non ramifi´e par ρ” en les placesx∈ |F| −S, KψG,ρ
x :G(Fx)×GLr(Fx)→C, compl´et´ee en les placesx∈S par une famille de fonctions
KψG,ρ
x :G(Fx)×GLr(Fx)→C
astreintes `a certaines conditions automatiquement v´erifi´ees en les placesx∈ |F| −S: En toute placex∈ |F|, KψG,ρ
x est deψ(r)-type de Whittaker en la variableg0 ∈GLr(Fx), elle est `a support compact en la variable g∈G(Fx), et elle satisfait l’´equation
KψG,ρ
x (g, z g0) =KψG,ρ
x (µG(z)g, g0)·ωρ(z), ∀z∈Fx×. Le produit
Y
x∈|F|
KψG,ρ
x :G(A)×GLr(A)→C
est donc de ψ(r)-type de Whittaker en la variable g0 ∈ GLr(A), il est `a support compact en la variable g∈G(A), et il satisfait l’´equation
Y
x∈|F|
KψG,ρ
x
(g, z g0) =
Y
x∈|F|
KψG,ρ
x
(µG(z)g, g0)·ωρ(z), ∀z∈A×. On a pos´e pour tous g1, g2∈G(A) etg∈GLr(A)
W(r)ψ K(g1, g2, g) = X
γ∈G(A)
Y
x∈|F|
KψG,ρ
x
(g1−1γ g2, g),
KψG,ρ(g1, g2, g) = X
δ∈Nr−1(F)\GLr−1(F)
W(r)ψK(g1, g2, δg),
KeψG,ρ(g1, g2, g) = X
δ∈Nr−1(F)\GLr−1(F)
W(r)ψ K(g1, g2, αrδg).
Les fonctions KψG,ρ et KeψG,ρ sur (G×G×GLr)(A) sont respectivement invariantes `a gauche par les sous- groupes discrets (G×G×Qr)(F) et (G×G×Qopr )(F).
Afin de les comparer, on a introduit une fonction test localement constante `a support compact arbitraire h= O
x∈|F|
hx: GLr−1(A)→C,
et form´e les produits scalaires
KψG,ρ,h(g1, g2, g) = Z
GLr−1(A)
dg0·KψG,ρ(g1, g2, g0g)·h(g0),
KeψG,ρ,h(g1, g2, g) = Z
GLr−1(A)
dg0·KeψG,ρ(g1, g2, g0g)·h(g0). Ceux-ci s’´ecrivent
KψG,ρ,h(g1, g2, g) = X
γ∈G(F)
X
δ∈Nr−1(F)\GLr−1(F)
Wψ,gG,ρ,h
1,g2,g(γ, δ), KeψG,ρ,h(g1, g2, g) = X
γ∈G(F)
X
δ∈GLr−1(F)/Nr−1(F)
fWψ,gG,ρ,h
1,g2,g(γ, δ) o`u
Wψ,gG,ρ,h
1,g2,g = O
x∈|F|
WψG,ρ,hx
x,g1,g2,g : (G×GLr−1)(A)→C, Wfψ,gG,ρ,h
1,g2,g = O
x∈|F|
WfψG,ρ,hx
x,g1,g2,g : (G×GLr−1)(A)→C sont deux fonctions produits dont les facteurs locauxWψG,ρ,hx
x,g1,g2,g et WfψG,ρ,hx
x,g1,g2,g en les places x∈ |F| −S ⊂
|F| −Sρ sont analys´es spectralement dans les th´eor`emes II.2 et II.4.
Afin de reformuler le lien entre fonctionsWψG,ρ,hx
x,g1,g2,g etWfψG,ρ,hx
x,g1,g2,g que ces th´eor`emes ´etablissent en toutes les placesx∈ |F| −S, on pose la d´efinition suivante :
D´efinition IV.1.–
Consid´erons un degr´e arbitrairer0≥2.
Une fonction locale en une placex∈ |F| [resp. globale]
Wx:Gr0(Fx)→C [resp. W :Gr0(A)→C]
qui est deψ(r0)-type de Whittaker, sera dite “de typeLlocal surGr0(Fx)[resp. global surGr0(A)] relativement
`
aρr0” s’il existe une fonction “de type Llocal [resp. global] relatif `aρ” au sens de la d´efinitionII.15(i)[resp.
III.6(i)]
Hx:Gr0(Fx)→C [resp.H :Gr0(A)→C] telle que
Wx=W(rψ0)Hx [resp. W =W(rψ0)H].
On appelle alors ψx-transform´ee de Fourier deWx [resp.ψ-transform´ee de Fourier deW] relativement
`
aρla fonction
Wcx: (g, g0) 7→
Z
Nr0(Fx)
du0x·ψ−1(r0)(u0x)·Hbx(g, g0u0−1x ) [resp. Wc: (g, g0) 7→
Z
Nr0(A)
du0·ψ−1(r0)(u0)·H(g, gb 0u0−1)].
Elle ne d´epend pas du choix du rel`evementHx [resp.H] de Wx [resp.W].
Remarque :
En toute placex∈ |F| −Sρ, on appelle “fonction deψ(r0)-type de Whittaker de typeLstandard” (relatif
`
aρ) leψ(r0)-coefficient unipotent
Wx=W(rψ0)Hx
de la “fonction de typeLstandard” (relatif `a ρ)
Hx:Gr0(Fx)→C au sens de la d´efinition II.15(iii).
Une fonction produit deψ(r0)-type de Whittaker W = O
x∈|F|
Wx:Gr0(A)→C
est de typeLglobal relatif `aρlorsque tous ses facteursWx,x∈ |F|, sont de typeL local relatif `aρet que presque tous sont la fonction standard.
On d´eduit imm´ediatement de cette d´efinition : Lemme IV.2.–
Etant donn´´ e un degr´er0 ≥2, supposons que la “formule de Poisson sans terme de bord relative `aρr0 sur Gr0(A)” est connue.
Cela signifie que pour toute fonction produit de typeLglobal relatif `aρr0
H = O
x∈|F|
Hx:Gr0(A)→C
dont un facteur localHx au moins est le produit
Gr0(Fx)3(g, g0)7→Hx(g, g0) =Hx0(g, g0)·ωx(detG(g))
d’une fonctionHx0 :Gr0(Fx)→Cde ramification born´ee et d’un caract`ereωx◦detG =ωx◦detsuffisamment ramifi´e en fonction de cette borne, on connaˆıt la formule
X
(γ,γ0)∈Gr0(F)
H(γ, γ0) = X
(γ,γ0)∈Gr0(F)
Hb(γ, γ0).
Alors, pour toute fonction produit de type de Whittaker de typeLglobal relatif `aρr0
W = O
x∈|F|
Wx:Gr0(A)→C
dont un facteur localWx au moins est le produit
Wx=Wx0 ·ωx◦detG
d’une fonctionWx0 :Gr0(Fx)→Cde ramification born´ee et d’un caract`ereωx◦detG=ωx◦detsuffisamment ramifi´e en fonction de cette borne, on connaˆıt la formule
X
(γ,γ0)∈Nr0(F)\Gr0(F)
W(γ, γ0) = X
(γ,γ0)∈Gr0(F)/Nr0(F)
Wc(γ, γ0).
Revenant aux noyaux locaux du transfert non ramifi´e parρen les placesx∈ |F| −S ⊂ |F| −Sρ
KψG,ρ
x :G(Ox)\G(Fx)/G(Ox)×GLr(Fx)/GLr(Ox)→C, et aux fonctionsWψG,ρ,hx
x,g1,g2,g,fWψG,ρ,hx
x,g1,g2,gsurG(Fx)×GLr−1(Fx)⊃Gr−1(Fx) qui s’en d´eduisent par int´egration contre des fonctions tests arbitraireshx: GLr−1(Fx)→C, les th´eor`emes II.2 et II.4 impliquent :
Th´eor`eme IV.3.–
Modulo multiplication par le caract`ere(m, m0)7→ |detG(m)|−x12·|detρ(m)|−x12·|det(m0)|−
r−2
x 2 , la restriction
` a
Gr−1(Fx)⊂G(Fx)×GLr−1(Fx) de la fonction deψ(r−1)-type de Whittaker
WψG,ρ,hx
x,g1,g2,g: (G×GLr−1)(Fx)→C
est “de typeLlocal relatif `aρr−1” en toute place x∈ |F| −S⊂ |F| −Sρ, et elle se confond avec la fonction standard en presque toute telle place.
De plus, saψx-transform´ee de Fourier relative `aρr−1 n’est autre que la restriction `a Gr−1(Fx)⊂G(Fx)×GLr−1(Fx),
multipli´ee par le mˆeme caract`ere|detG(•)|−x12 · |detρ(•)|−x12 · |det(•)|−
r−2
x 2 , de la fonction G(Fx)×GLr−1(Fx)3(m, m0)7→WfψG,ρ,hx
x,g1,g2,g(m,(−1)r−1m0) en toute placex∈ |F| −S⊂ |F| −Sρ.
Consid´erons maintenant les placesx∈S.
Jusqu’`a pr´esent, on n’a demand´e aux fonctions deψ(r)-type de WhittakerKψG,ρ
x :G(Fx)×GLr(Fx)→C en ces placesx∈S que de satisfaire l’´equation
KψG,ρ
x (g, z g0) =KψG,ρ
x (µG(z)g, g0)·ωρ(z), ∀z∈Fx×. Autrement dit, la d´ecomposition spectrale de ces fonctions KψG,ρ
x ne doit faire apparaˆıtre que des paires (πx, π0x) de repr´esentations lisses admissibles irr´eductibles unitaires de G(Fx) et GLr(Fx) telles que
χπx0 =χπx·ωρ.
Un lemme inspir´e de [Cogdell, Piatetski-Shapiro] permet d’imposer aux fonctionsKψG,ρ
x des conditions suppl´e- mentaires qui seront suffisantes pour ´etendre partiellement la conclusion du th´eor`eme IV.3 ci-dessus aux placesx∈S :
Lemme IV.4.–
En une place x∈ S, consid´erons l’ensemble {(πx, π0x)} des paires de repr´esentations lisses admissibles irr´eductibles unitaires deG(Fx) etGLr(Fx) qui v´erifient
χπ0x=χπx·ωρ
et dont la ramification n’exc`ede pas une borne donn´ee.
Soit ωx :Fx× →C× un caract`ere unitaire suffisamment ramifi´e pour que tout ´el´ement (πx, πx0) de l’en- semble{(πx, πx0)}v´erifie les conditions suivantes :
• D’une part, la repr´esentation π0x⊗(ωx◦det) =πx0 ωx deGLr(Fx)satisfait la double conclusion de la propositionII.13
Lx(π0xωx, Z) = 1, εx(π0xωx, ψx, Z) =εx(χπ0
xωx, ψx, Z)·εx(ωx, ψx, Z)r−1.
• D’autre part, pour toute repr´esentation non ramifi´ee irr´eductible z de GLr−1(Fx) de valeurs propres de Heckez1, . . . , zr−1, la repr´esentation (πxz)⊗(ωx◦detG) = (πxz)⊗(ωx◦det) = (πxz)·ωx
deGr−1(Fx)satisfait la conclusion du corollaire II.14, au sens qu’elle est “de type L” relativement `a ρr−1 avec
Lx(ρr−1,(πxz)·ωx, Z) = 1, εx(ρr−1,(πxz)·ωx, ψx,1) = Y
1≤j≤r−1
εx(χπxωρωx, ψx, zjZ)·εx(ωx, ψx, zjZ)r−1.
Alors, si Nx ∈ N est un entier assez grand en fonction de l’ensemble {(πx, πx0)} et du caract`ere tr`es ramifi´eωx:Fx×→C×, il est possible de construire une fonction deψ(r)-type de Whittaker
KψG,ρ
x :G(Fx)×GLr−1(Fx)→C telle que :
• KψG,ρ
x (g, z g0) =KψG,ρ
x (µG(z)g, g0), ∀z∈Fx×,
• chaqueKψG,ρ
x (•, g0),g0∈GLr(Fx), est `a support compact dans G(Fx),
• en la premi`ere variableg∈G(Fx),KψG,ρ
x est invariante `a gauche et `a droite par un certain sous-groupe ouvert compact de G(Fx),
• en la seconde variable g0 ∈GLr(Fx),KψG,ρ
x est invariante `a droite par le sous-groupe ouvert compact GLr(Ox)Nx ⊂GLr(Ox)⊂GLr(Fx)
des matrices enti`eres inversibles dont la r´eduction modulo$Nxx a la forme
∗ . . . ∗ ∗ ... ... ...
∗ . . . ∗ ∗ 0 . . . 0 1
,
• la d´ecomposition spectrale deKψG,ρ
x ne fait apparaˆıtre que des paires de repr´esentations lisses admissibles irr´eductibles de G(Fx)etGLr(Fx)de la forme
(πxωx, π0xωx) avec (πx, πx0)∈ {(πx, πx0)}, et la composante de KψG,ρ
x dans l’espace propre associ´e `a toute premi`ere projection πxωx d’une telle paire ne s’annule pas uniform´ement sur G(Fx)×GLr(Fx)Nx.
Remarque :
Le sous-groupe ouvert compact GLr(Ox)Nx de GLr(Fx) introduit ci-dessus contient comme sous-groupe GLr−1(Ox).
L’´equation fonctionnelle locale de Jacquet, Piatetski-Shapiro et Shalika permet de compl´eter le th´eor`eme IV.3 ci-dessus de la mani`ere suivante :
Th´eor`eme IV.5.–
En n’importe quelle placex∈S, supposons que la fonction KψG,ρ
x :G(Fx)×GLr(Fx)→C
satisfait toutes les conditions du lemme IV.4 ci-dessus relativement `a la famille donn´ee {(πx, πx0)}, `a un caract`ere unitaire ωx : Fx× →C× assez ramifi´e en fonction de cette famille, et `a un entier Nx ∈N assez grand en fonction de cette famille et deωx.
Soit une fonction test localement constante `a support compact hx: GLr−1(Fx)→C
qui est sph´erique ou, plus g´en´eralement, dont la d´ecomposition spectrale ne fait apparaˆıtre que des repr´esenta- tions non ramifi´eesz.
Alors, modulo multiplication par le caract`ere
(m, m0)7→ |detG(m)|−x12 · |detρ(m)|−x12 · |det(m0)|−
r−2
x 2 , la restriction `aGr−1(Fx)de la fonction deψ(r−1)-type de Whittaker
WψG,ρ,hx
x,g1,g2,g: (G×GLr−1)(Fx)→C
est “de type L local relatif `a ρr−1”, et sa ψx-transform´ee de Fourier relative `a ρr−1 n’est autre que la restriction `aGr−1(Fx) de la fonction
G(Fx)×GLr−1(Fx)3(m, m0)7→fWψG,ρ,hx
x,g1,g2,g(m,(−1)r−1m0), multipli´ee par le mˆeme caract`ere|detG(•)|−x12 · |detρ(•)|−x12 · |det(•)|−
r−2
x 2 .
De plus, sa d´ecomposition spectrale ne fait apparaˆıtre que des repr´esentations lisses admissibles irr´eductibles unitaires deGr−1(Fx)de la forme
(πxz)·ωx,
o`u πx est la premi`ere projection d’un ´el´ement (πx, πx0)de l’ensemble {(πx, πx0)} etz est une repr´esentation non ramifi´ee deGLr−1(Fx).
Si la partie finieS⊃Sρ de|F|n’est pas vide et que les fonctionsKψG,ρ
x :G(Fx)×GLr(Fx)→C,x∈S, satisfont les propri´et´es du lemme IV.4, toutes les conditions n´ecessaires pour appliquer la “formule de Poisson sans terme de bord” relative `a ρr−1 surGr−1(A) sont satisfaites. On obtient d’apr`es le lemme IV.2 : Corollaire IV.6.–
Supposons que la “formule de Poisson sans terme de bord relative `aρr−1 sur Gr−1(A)” est connue.
Etant donn´´ ee une partie finie non vide S de |F| qui contient Sρ, compl´etons la famille de noyaux du transfert non ramifi´e parρen les placesx∈ |F| −S
KψG,ρ
x :G(Ox)\G(Fx)/G(Ox)×GLr(Fx)/GLr(Ox)→C, par une famille de fonctions en les placesx∈S
KψG,ρ
x :G(Fx)×GLr(Fx)/GLr(Ox)Nx→C qui satisfont les conditions du lemmeIV.4.
Soient des ´el´ements g1, g2∈G(A)etg∈GLr(A).
Soit enfin une fonction test localement constante `a support compact h= O
x∈|F|
hx: GLr−1(A)→C
dont les facteurshx en les placesx∈S sont sph´eriques ou, plus g´en´eralement, ne font apparaˆıtre dans leur d´ecomposition spectrale que des repr´esentations non ramifi´ees.
Alors on a
X
(γ,δ)∈Nr−1(F)\Gr−1(F)
Wψ,gG,ρ,h
1,g2,g(γ, δ) = X
(γ,δ)∈Gr−1(F)/Nr−1(F)
fWψ,gG,ρ,h
1,g2,g(γ,(−1)r−1δ).
Remarque :
La conclusion du corollaire s’applique ´egalement aux translat´ees `a gaucheδ00hdehpar tous les ´el´ements δ00 ∈GLr−1(F).
En faisant la somme sur toutes les classesδ00 ∈GLr−1(F)/SLr−1(F), on obtient X
γ∈G(F)
X
δ∈Nr−1(F)\GLr−1(F)
Wψ,gG,ρ,h
1,g2,g(γ, δ) = X
γ∈G(F)
X
δ∈GLr−1(F)/Nr−1(F)
Wfψ,gG,ρ,h
1,g2,g(γ, δ).
De la remarque qui suit ce corollaire, combin´ee avec le lemme II.1, on d´eduit : Corollaire IV.7.–
Etant donn´´ ee une partie finie non videS de|F|contenant Sρ, consid´erons une famille de fonctions KψG,ρ
x : (G×GLr)(Fx)→C, x∈ |F|,
qui sont des noyaux locaux du transfert non ramifi´e parρen les placesx∈ |F| −S, et satisfont les conditions du lemmeIV.4 en les placesx∈S.
Alors :
(i) Pour tous ´el´ements g1, g2 ∈ G(A), g ∈ GLr(A), et pour toute fonction test localement constante `a support compact
h= O
x∈|F|
hx: GLr−1(A)→C
qui est invariante `a gauche et `a droite par GLr−1(Ox)en toute placex∈S, le produit scalaire KψG,ρ,h(g1, g2, g) =
Z
GLr−1(A)
dg0·KψG,ρ(g1, g2, g0g)·h(g0) est ´egal au produit scalaire
KeψG,ρ,h(g1, g2, g) = Z
GLr−1(A)
dg0·KehG,ρ(g1, g2, g0g)·h(g0).
(ii) SiGLr(A)NS d´esigne le sous-groupe ouvert deGLr(A)image r´eciproque du sous-groupe ouvert Y
x∈S
GLr(Ox)Nx⊂ Y
x∈S
GLr(Fx),
les fonctions KψG,ρ etKeψG,ρ ont mˆeme restriction `aG(A)×G(A)×GLr(A)NS.
(iii) La restriction commune deKψG,ρ et KeψG,ρ `aG(A)×G(A)×GLr(A)NS est invariante `a gauche par le sous-groupe discret
G(F)×G(F)×GLr(F)NS si l’on noteGLr(F)NS = GLr(F)∩GLr(A)NS.
D´emonstration :
(ii) r´esulte de (i) puisque, pour tous ´el´ementsg1, g2∈G(A) etg∈GLr(A)NS, les fonctions GLr−1(A)3g0 7→ KψG,ρ(g1, g2, g0g)
et g0 7→ KeψG,ρ(g1, g2, g0g) sont invariantes `a droite par Q
x∈S
GLr−1(Ox).
(iii) Par construction, KψG,ρ est invariante `a gauche par G(F)×G(F)×Qr(F) et KeψG,ρ est invariante `a gauche parG(F)×G(F)×Qopr (F).
La conclusion r´esulte du lemme suivant tir´e de [Cogdell, Piatetski-Shapiro] : Lemme IV.8.–
Le sous-groupe discret
GLr(F)NS = GLr(F)∩GLr(A)NS deGLr(A)NS est engendr´e par ses sous-groupes
Qr(F)NS =Qr(F)∩GLr(A)NS
et
Qopr (F)NS =Qopr (F)∩GLr(A)NS.
De plus, on a :
Lemme IV.9.–
Le sous-groupeGLr(F) est dense dans le produit fini Q
x∈S
GLr(Fx).
Par cons´equent, l’image r´eciproque GLr(A)NS dans GLr(A) du sous-groupe ouvert Q
x∈S
GLr(Ox)Nx de Q
x∈S
GLr(Fx)v´erifie
GLr(A) = GLr(F)·GLr(A)NS, et l’inclusion
GLr(A)NS ⊂GLr(A) d´efinit un isomorphisme
GLr(F)NS\GLr(A)NS −→∼ GLr(F)\GLr(A).
Cet isomorphisme est compatible avec les actions `a droite desGLr(Fx)en toutes les placesx∈ |F| −S, et avec celles des sous-groupesGLr(Ox)Nx en les places x∈S.
On d´eduit de ce lemme et du corollaire IV.7 : Corollaire IV.10.–
Dans les conditions du corollaireIV.7, la restriction commune `aG(A)×G(A)×GLr(A)NS des fonctions KψG,ρ etKeψG,ρ peut ˆetre vue comme une fonction
K: (G×G×GLr)(F)\(G×G×GLr)(A)→C.
Cette fonction est un “S-noyau du transfert automorphe parρ” au sens de la d´efinition I.3.
De plus, on a pour tous ´el´ements g1, g2∈G(A)etg∈GLr(A)NS la formule
W(r)ψ K(g1, g2, g) = X
γ∈G(F)
Y
x∈|F|
KψG,ρ
x
(g1−1γ g2, g).
D´emonstration :
La derni`ere formule r´esulte de ce qu’il est possible de relever le quotient compact Nr(F)\Nr(A)
en une partie compacte deNr(A) dont la projection dans Q
x∈|F|
Nr(Fx) est contenue dans Q
x∈|F|
GLr(Ox)Nx.
On a enfin : Th´eor`eme IV.11.–
Supposons toujours que la “formule de Poisson sans terme de bord relative `a ρr−1 sur Gr−1(A)” est connue.
Alors la construction des corollairesIV.7etIV.10ci-dessus fournit suffisamment de “S-noyaux du trans- fert automorphe parρ”
K: (G×G×GLr)(F)\(G×G×GLr)(A)→C pour r´ealiser le transfert automorphe global deG `aGLr parρ.
D´emonstration :
Consid´erons une repr´esentation automorphe irr´eductibleπ= N
x∈|F|
πxdeG(A) et une partie finie non vide S de|F| contenantSρ et les placesxo`uπx est ramifi´ee.
Il existe des caract`eres automorphes unitaires ω= O
x∈|F|
ωx:A×/F×→C×
qui sont non ramifi´es en les placesx∈ |F| −S et arbitrairement ramifi´es en les placesx∈S.
Si les facteurs ωx : Fx× → C×, x ∈ S, sont suffisamment ramifi´es, on peut r´ealiser les conditions du lemme IV.4 de telle fa¸con que la composante dans l’espace propre de π⊗ω de la fonction
(g1, g2, g)7→ X
γ∈G(F)
Y
x∈|F|
KψG,ρ
x
(g1−1γ g2, g) ne s’annule par uniform´ement sur GLr(A)NS.
On conclut d’apr`es le corollaire IV.10.