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Convexité holomorphe du revêtement de Malcev d'après S. Leroy

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HAL Id: hal-00319102

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00319102

Preprint submitted on 5 Sep 2008

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Convexité holomorphe du revêtement de Malcev d’après S. Leroy

Benoît Claudon

To cite this version:

Benoît Claudon. Convexité holomorphe du revêtement de Malcev d’après S. Leroy. 2008. �hal-

00319102�

(2)

d'après Sandrine Leroy

Benoît Claudon

Résumé

Dansettenote,nousprésentons l'approhede[Ler99℄onernantle

as nilpotent delaonjeturede Shafarevih. Leas projetif esttraité

dans[Kat97 ℄ maisladémonstrationde S.Leroy proède demanièrein-

dépendanteets'appliqueaussibienauaskählérien.Elleestentièrement

fondéesurl'existenedesvariétésd'Albanesesupérieures(onstruitespar

R.Hain).

Introdution

Laonjeture deShafarevih [Sha74℄ prédit quele revêtementuniversel Xe

d'unevariétéprojetiveX estholomorphiquementonvexe(i.e.admetuneap- pliation holomorphe propre sur un espae de Stein). Dans toute sa général-

ité, ette onjeture est atuellement hors de portée mais, en imposant er-

taines onditionsalgébriquessurlegroupefondamental deX,ildevientpossi-

bled'obtenirlaonvexitéholomorphedeXe.Ainsi,silegroupefondamentalest presque-abélien

1

, onmontre aisémentqueXe admetuneappliationpropresur Cn (revêtement universel de Alb(X)ave X −→ X revêtementétale ni de X)etXe vériedonlaonjeturedeShafarevih.

Dans la atégorie des groupes de type ni, les groupes nilpotents suè-

dentimmédiatementauxgroupesabéliensen equionernelaomplexitéal-

gébrique.NousmontronsiiquelaonjeturedeShafarevihestenorevériée

pouretteatégoriedegroupes(fondamentaux). Pluspréisément,si

π1(X)−→π1(X)nilp

désignela omplétion nilpotente (modulo torsion)de π1(X)(voirla setion1

pour les notions utilisées), on notera Xnilp le revêtement dont le groupe de

Galoisestπ1(X)nilp;Xnilp estaussiappelé revêtementdeMal£ev.

Théorème 0.1 ([Kat97℄,[Ler99℄)

Le revêtement de Mal£ev d'une variété kählérienne ompate X est holomor-

phiquement onvexe.

Corollaire0.1

Si π1(X)est presque-nilpotent, Xe est holomorphiquementonvexe.

1

un groupeest dit presque-abélien (resp. presque-nilpotent)si iladmet unsous-groupe

d'indieniabélien(resp.nilpotent).

(3)

pelonslafaçondontproède[Kat97℄danslasituationd'ungroupeπ1(X)nilpo-

tent sans torsion. Un tel groupe admettant des quotients abéliens libres non

triviaux, l'appliationd'Albanesede X aune image de dimensionstritement

positive; notons α : X −→ S la fatorisation de Stein de ette appliation.

Remarquonstoutde suitequesiS est lisse,ladémonstrationduthéorème0.1 est élémentaire et est reproduite au paragraphe3.1. Toute la diulté réside

don dans leséventuelles singularitésde S, et obstaleétantsurmonté grâe

àl'utilisationde Struturesde HodgeMixtes 2

(voirleparagraphe2.1 pourles

notionsonsidérées).

Lesbresdeαsontlessous-variétésZ deX vériant:

Im (H1(Z,Q)−→H1(X,Q)) = 0. (1)

L'existene deshm surles algèbresdeLieLC1(X)) etLC1(Z))(théorème

2.1)etleuraratèrefontoriel,ombinésavelearatèrestritdesmorphismes

deshm(voir[Del71℄),permetdepasserdel'homologieàl'homotopie:

Im (H1(Z,Q)−→H1(X,Q)) = 0⇐⇒Im (π1(Z)−→π1(X)) estni. (2)

L'appliationαinduitalorsune appliation

˜

α:Xe −→Se

entre les revêtement universels qui est propre en vertu de (2). D'autre part,

S étant nie sur un tore, son revêtement universel Se est Stein et Xe est bien

holomorphiquementonvexe. Remarquonsenn quel'hypothèse projetiveest

essentielledansladémonstrationde[Kat97℄,ladémonstrationde(2)sefaisant

parrédutionauxasdesourbes(grâeauthéorèmedeLefshetz).

Ladémonstrationprésentéeiis'appuiedemanièreessentiellesurl'existene

desvariétésd'Albanesesupérieures.Cesvariétés,onstruitesparR.Hain(voir

[Hai87b℄), jouentlemême rle vis-à-visdes quotientsnilpotents(sans torsion)

deπ1(X)quelavariétéd'AlbaneseusuelleAlb(X)pourl'abélianisédugroupe fondamental (qui n'est autre que le premier quotient de la tour nilpotente).

Ainsi, si (Albs(X))s≥1 désignela suitedes variétés d'Albanese supérieures, le groupefondamental

π1(Albs(X))

est en partiulieranoniquementisomorphe au sième quotient sans torsion de π1(X).Remarquonstoutdesuitequeesvariétéssontessentiellementdesquo- tientsdegroupesdeLie(simplementonnexes)omplexesnilpotentsetqu'elles

ne sonten généralpasompates,ni mêmekählériennes.Ces variétéss'organ-

isentenune tourdebrationsprinipales:

· · · −→Albs+1(X)−→Albs(X)−→ · · · −→Alb1(X) = Alb(X)

debresdesquotientsdegroupesdeLieomplexesabéliens.Rappelonsdeplus

quelavariétéX estelle-mêmemuniedemorphismes αs:X−→Albs(X)

2

shmdanstoutelasuite.

(4)

Ladémonstrationonsistealorsàremarquerquelasuitedesimages

s(X)⊂Albs(X))s≥1

stationne pours assezgrand(e qui n'est bien entendu pasnéessairementle asde latournilpotente). LerevêtementdeMal£evXnilp estalorsessentielle- mentobtenuentirantenarrièreparl'appliationαslerevêtementuniverselde

Albs(X)(poursassezgrand).LearatèreStein dee dernierpermetalorsde

onlurequantàlaonvexitéholomorphedeXnilp.

Dansunpremiertemps,nousdonneronsquelquesélémentsderappelssurla

suiteentraled'ungroupedetypeniainsiquesurlaomplétiondeMal£evd'un

groupe(detypeni) nilpotentsanstorsion.L'existened'uneshmsurlaom-

plétiondeMal£evdeπ1(X)(pourX variétékählérienneompate)permetalors d'expliiter laonstrutiondesvariétésd'Albanese supérieureset d'en obtenir

les propriétés essentielles.Dans la dernièrepartie, nous montrerons omment

rendreeetiveslesgrandeslignesdéritesi-dessus.

Remarque 0.1

AprèsavoirétudiéleasnilpotentdelaonjeturedeShafarevih,ilsemblerait

naturel de s'intéresser à la situation d'un groupe fondamental résoluble. Or,

il se trouve que la atégorie des groupes kählériens possèdent des propriétés

très partiulières;enpartiulier,T. Delzantmontredans[Del07℄qu'ungroupe

kählérienrésolubleest automatiquementpresque-nilpotent.Leasrésolublede

laonjeturedeShafarevihestdonomprisdansleorollaire0.1.

Remarque 0.2

Conernant la onjeture de Shafarevih, les résultats les plus signiatifs à

l'heure atuelle onernent les revêtement linéaires, omme 'est le as dans

[Eys04℄. Les groupesnilpotents (de type ni) étant eux-mêmes linéaires (voir

[Seg83,hap.5℄),lesrésultatsde[Eys04℄impliquentdonlethéorème0.1.Ilnous

aependantsembléintéressantd'exposerladémonstrationi-dessouspourson

aratèreoriginal.

1 Rappels et préliminaires

1.1 Suite entrale desendante

SoitGungroupede typeni.OnassoieàGsa suiteentraledeendante

dénie par:

G1=G et ∀i≥1, Gi+1= [Gi, G]

UntelgroupeGestditnilpotentdelasseauplusssiGs+1={1}.Lesquotients

suessifsassoiésàlasuiteentrales'organiseenunetour

· · ·G/Gi+1−→G/Gi−→ · · ·G/G3−→G/G2=Gab−→1,

lesextensions

1−→Gi/Gi+1−→G/Gi+1−→G/Gi−→1

étantentralesparonstrution,aveG/Gi+1 nilpotentdelasseauplusi.

(5)

Onnote

Tor (G) ={g∈G| ∃n≥1, gn= 1}

la torsionde G. Si G est nilpotent, Tor (G) estun sous-groupe aratéristique de G et legroupe Gst =G/Tor (G) est sans torsion. Si de plus G est de type

ni, Tor (G) estni.

Ceis'applique enpartiulierauxquotientsG/Gi;onnotealors

Gi = Ker (G−→(G/Gi)st) ={g∈G| ∃n≥1, gn∈Gi}.

Dénition1.1

SoitGungroupede typeni. Onnote

G=\

i≥1

Gi etGnilp=G/G.

Gnilp s'appelle la omplétion nilpotente modulo torsion;'est le plusgros quo-

tientde Gobtenuommelimiteprojetive de groupesnilpotentssans torsion.

1.2 Complétion de Mal£ev

La atégoriedes groupesnilpotents de type ni possède des propriétés de

nitude tout à fait remarquables. Ainsi, si G est un groupe de type ni, les

quotientsGi/Gi+1 restentdetypeni[Seg83,or.7,p.13℄ et,siGestdeplus

nilpotent,ilestobtenuparunesuitenied'extensionsentralespardesgroupes

detypeni.

La suite entrale desendante possède une autre propriété intéressante, à

savoir:

∀i, j≥1,[Gi, Gj]⊂Gi+j. (3)

SiK désigneunorpsdearatéristique0etsiGestnilpotent(delasses)de

typeni,ononsidère

LK(G) = Ms

i=1

(Gi/Gi+1)⊗K

qui est anoniquement munie d'une struture d'algèbre de Lie (de dimension

nie) sur K : d'après 3, le rohet[x, y] = xyx−1y−1 dans G induit un eet

unrohetde Liesur LK(G).Celle-i hérite immédiatementdespropriétés de

G : 'est une algèbrede Lie nilpotente. Laformule de Campbell-Haussdorfse réduit alorsen une identité polynmiale et permet de munirl'espae vetoriel

sous-jaentàLK(G)d'unestruturedegroupedeLiedontl'algèbredeLieest LK(G) (voirlehapitre5de[BK81℄).Le groupeainsi obtenu estune sortede

omplétion deG.

Théorème 1.1 (Mal£ev,[Mal49℄)

Soit G un groupe nilpotent de type ni et K unorps de aratéristique 0. Il existe alors ununique groupede LieK nilpotent dénisurK etd'algèbrede

LieLK(G),ainsi qu'unmorphisme

i:G−→GˆK

telque:

(6)

1. Ker(i) =Tor(G)et

2. Im(i)estoompatedansR.SiGestsans-torsion,onpeutdonanon- iquementréaliser G omme réseau d'ungroupe de Lie nilpotent (simple-

mentonnexe).

Le groupeK s'appelle la omplétion de Mal£ev de G. Dans la suite, on va

s'intéresserauas Gest undes quotientsnilpotents sans-torsiondeπ1(X)

aveX kählérienneompate.

2 Variétés d'Albanese supérieures

2.1 Strutures de Hodge mixtes

Nousallons brièvement exposer iila onstrution desvariétés d'Albanese

supérieuressupérieures(dûeàR.Hain)assoiéesàunevariétékählérienneom-

pateX.Celle-ireposesurl'existened'uneshm surlaomplétiondeMal£ev

du groupefondamental de X.An d'alléger leformalisme introduit i-dessus,

nousadopteronslesnotationssuivantespourX estunevariétékählérienneom- pateets≥1 unentier:

- Gs(C) =LC π1(X)/π1(X)s+1

et

- Gs(C)laomplétiondeMalevdeπ1(X)/π1(X)s+1 déniesurC.

Rappelonstout d'abordlanotiondeshm.

Dénition2.1

Une shm de poids k sur un Q-espae vetoriel de dimension nie HQ est la

donnée d'une ltration roissante W de HQ (dite ltration par le poids) et

d'une ltration déroissante F de HC = HQ⊗C (dite ltration de Hodge)

ompatiblesdanslesenssuivant:la ltrationF induit surhaque gradué GrWn (H) =Wn(HQ)/Wn−1(HQ)

une struturede Hodge(rationnelle)pure depoids n+k.

L'undesintérêtsmajeursdesshm résidedanslerésultatsuivant.

Théorème 2.1 (Deligne, [Del71℄)

Lesmorphismes de shmsont stritspour lesltrationsW etF :si φ: (HQ, W, F)−→(VQ, U, G)

estunmorphisme de shm,on aalors

Im(φ)∩U(VQ) = φ(W(HQ)) Im(φ)∩G(VC) = φ(F(HC))

LestravauxdeHainmontrentquel'algèbredeLiedeMal£evdugroupefonda-

mentald'unevariétékählérienneompateestnaturellementmunied'uneshm.

Théorème 2.2 (Hain,[Hai87a℄)

SoitX une variétékählérienne ompate ets≥1.Ilexiste une shmsurGs(C)

(fontorielle en X) dont la ltration par le poids W est donnée par la suite

entrale desendantede l'algèbrede LieGs(C).Deplus,pourettestruture,le

rohet de Lieestunmorphisme de struturedeHodge mixte.

(7)

pourêtreexposéeen quelqueslignes;nous renvoyonsà[PS08℄ pourune expo-

sitionraisonnabledesonstrutionsdeHain.

NotonsF la ltrationde Hodgeobtenue surGs(C) et onsidéronsl'appli-

ationexponentielle

exp :Gs(C)−→Gs(C).

LegroupedeLieGs(C)étantnilpotentetsimplementonnexe,etteappliation

est undiéomorphismeet,parabusdenotation,nousnoterons

F0Gs(C) = exp(F0(Gs(C)))

lesous-groupeferméassoiéeàlasous-algèbreF0(Gs(C)).

2.2 Constrution des variétés d'Albanese supérieures

Dans[Hai87b℄,R.Hainmontrelerésultatsuivant:

Théorème 2.3 (Hain,[Hai87b℄)

Soit X une variété kählérienne ompate. Il existe alors des variétés lisses

(Albs(X))s≥1 etdesmorphismes (holomorphes)

αs:X−→Albs(X)etπs: Albs+1(X)−→Albs(X)

rendantlediagramme suivantommutatif:

X

αs+1

xxpppppppppppp

αs

α1

))

RR RR RR RR RR RR RR R

//

_ _

_ Albs+1(X) πs //Albs(X)_ _ _ _ _ _//Alb1(X)

Lespropriétés suivantessont égalementsatisfaites :

1. Alb1(X)oinideavela variété d'Albanese usuelle(ainsi queα1),

2. lesmorphismesαs induisentdesisomorphismes

αs1(X)/π1(X)s−→ π1(Albs(X))

3. etles projetionsπs: Albs+1(X)−→Albs(X)sont desbrations prini-

pales debreunquotientd'ungroupede Lieomplexeonnexeetabélien.

Indiquonsbrièvementommentdérireesvariétés.Lesièmequotient Gs(Z) =π1(X)/π1(X)s

seplongedanssaomplétion deMal£evGs(C)surlaquelle ilagitlibrementet

proprementdisontinûment 3

. Le quotient Gs(Z)\Gs(C)onstitue unandidat

naturelpourAlbs(X)maisil sut d'examinerlasituationpours= 1pourse

onvainrequ'ilnousfaut modier ettedénition naïve.En eet,pours= 1,

l'abélianisé(sans-torsion)dugroupefondamentaleest

G1(Z) =π1(X)/π1(X)2≃Z2g

3

ilfautiibiensegarderderoirequelequotientestompat,equiestleassionhoisit

RaulieudeC

(8)

aveg=q(X)etnousavons

G1(C) =G1(Z)⊗C≃C2g.

Le quotient naïf G1(Z)\G1(C)ne représente pas lavariété d'Albanese usuelle

et nous devons faire un quotient intermédiaire pour éliminer la "partie anti-

holomorphe"deGs(C). SelonR.Hain,lesquotientssuivants Albs(X) =Gs(Z)\Gs(C)/F0Gs(C)

vérienttouteslespropriétésénonéesdanslethéorème2.3.

Remarque 2.1

Lesbrationsπs: Albs+1(X)−→Albs(X)sedéduisentaisémentdesextensions

entrales(d'algèbresdeLieetdegroupesdeLie respetivement)

0−→π1(X)s+11(X)s+2⊗C−→Gs+1(C)−→Gs(C)−→0

et1−→π1(X)s+11(X)s+2⊗C−→Gs+1(C)−→Gs(C)−→0

Remarque 2.2

Outre l'expliation fournie i-dessus, le fait de quotienter Gs(C) par le sous-

groupeF0Gs(C)aégalementpourfontionderendrelemorphismed'Albanese αsholomorphe.

Nous aurons également besoin de la propriété suivante des variétés d'Al-

banesesupérieures, onséquenediretedelaonstrutionévoquéei-dessus.

Proposition2.1

Pour s≥1,lerevêtement universelde Albs(X)est analytiquement isomorphe àunespae Cn;en partiulier,

Alb^s(X)estStein.

3 Convexité holomorphe de

X

nilp

3.1 Un as partiulier

Nous ommençons parexposer un as partiulier intéressant du théorème

0.1, elui orrespondant à la situation l'image de X par son appliation

d'Albanese(usuelle)estlisse.Eneet,ladémonstrationduasgénéralestassez

similaire àellede e aspartiulier ladiérene qu'ilnousfaudra prendre

enomptetouteslesvariétésd'Albanesesupérieures).Nousallonsnousappuyer

surlerésultatsuivant.

Théorème 3.1 ([Cam95℄)

Soit X une variété kählérienne ompate, αX :X −→ Alb(X)son appliation

d'AlbaneseetdésignonsparY unmodèlelissedel'imageαX(X).Lemorphisme

naturelπ1(X)−→π1(Y)induitunmorphismeentrelesomplétionsnilpotentes (modulo torsion)

αnilp1(X)nilp −→π1(Y)nilp

qui estinjetifet dontl'image est d'indienie dansπ1(Y)nilp.

(9)

ladémonstrationde[Cam95℄proèdeependantdefaçonindépendanteettout

àfaitélémentaire.

Démonstration du théorème0.1 ave αX(X) lisse:

SoitY =αX(X)⊂Alb(X)l'imagedeXparsonappliationd'Albanese.Le théorème3.1nousindiquequelemorphismeα:X−→Y induitunmorphisme

αnilp1(X)nilp −→π1(Y)nilp

injetif et d'imaged'indienie. Considéronsalors Ye l'imageréiproquede Y

dans

Alb(X)^ :

Ye

 // ^Alb(X)

Y //Alb(X) ;

lemorphismeπ1(Y)−→π1(Alb(X))étantsurjetif,Ye estonnexe. CommeYe

estferméedans

Alb(X)^ quiestStein, Ye estégalementunevariétédeStein.Le

revêtement Ye −→ Y est un revêtement abélien; il est partiulier dominé par Ynilp :

Ynilp−→Ye −→Y.

LavariétéYnilpestdonelleaussiStein,ommerevêtementétaled'unevariété

Stein[Ste56℄.Deplus,l'injetivitédumorphismeαnilp montrequel'appliation

α:X −→Y serelèveàXnilp enundiagramme Xnilp α˜ //

Ynilp

X α //Y.

Lefaitqueαnilp ait uneimaged'indieniedansπ1(Y)nilp montreimmédiate-

mentquel'appliationα˜estpropre;Xnilpestalorsholomorphiquementonvexe (aradmettantuneappliationpropresurune variétéStein).

3.2 Démonstration du théorème 0.1

Commeil en aété fait mentioni-dessus, ladémonstration du asgénéral

proède delamêmemanièrequeelleprésentée dansleparagraphepréédent.

En revanhe,ilnousfautmaintenantprendre enompte toutelatourdesvar-

iétésd'AlbaneseetplusseulementAlb1(X).Lefaitruialestqueettetourse

stabilise àpartird'un ertain rang(ontrairement àe qu'ilse passe pourles

quotientssuessifsdelasuiteentraledeπ1(X)).

NotonseneetYss(X)lesimagesdeX parsesmorphismesd'Albanese

(10)

X

αs+1

||zzzzzzzz

αs

α1

&&

NN NN NN NN NN NN N

//

_ _ _ Ys+1

πs

//Ys //______ Y1

danslequellesappliationsαs etπssontsurjetives.

Lemme 3.1

SoitX unespaeomplexeirrédutibleompat munie d'undiagramme omme i-dessus; il existe alors unentier k ≥1 à partirduquel les normaliséess de

Ys sontbiholomorphes entreelles.

Tenantpouraquislelemme préédent,nouspouvonsonlurela

Démonstration du théorème0.1 :

Soiteneetunentierk≥1 donnéparlelemme3.1ets≥k;onsaitdon

que les normaliséess des images Ys sont toutes biholomorphes à une même variétéquenousnoterons.Onpeutalorsonstruirelediagrammesuivant

Zs f ns

//

Ys //

Alb^s(X)

n

s //Ys //Albs(X)

danslequelZsest leproduitbré

Zs= ˆY ×YsYs.

Commelemorphismeαsserelèveen

X −→αˆs Yˆ −→Albs(X),

onobtientlediagrammesuivant

π1(X) αs ////

##

HH HH HH HH

H π1(Albs(X))

π1( ˆY)

88

rr rr rr rr rr

danslequellaèheαs∗estsurjetive.Onendéduitquelemorphismeπ1( ˆY)−→

π1(Albs(X)) est surjetif, ou enore que le produit bré Zs est onnexe. Le

revêtementZs−→Yˆ estdonunrevêtementgaloisien(onnexe)degroupede

Galois:

Gal Zs/Yˆ

1(Albs(X)) =π1(X)/π1(X)s. (4)

Remarquonstout desuiteque Zs est Stein: lemorphismefns étantdéduit du

morphismedenormalisationnsparproduitbré,ilestdonnietYs estStein

arferméedans

Alb^s(X)(proposition2.1).Ononlutalorsquantauaratère

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