N A L E S E D L ’IN IT ST T U
F O U R IE
ANNALES
DE
L’INSTITUT FOURIER
Julien DUVAL
Un théorème de Green presque complexe Tome 54, no7 (2004), p. 2357-2367.
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UN THÉORÈME DE GREEN PRESQUE COMPLEXE
par Julien DUVAL
0.
Introduction.
Soit X une variété de dimension 2n munie d’une structure presque
complexe,
i.e. d’unautomorphisme
J de TX tel queJ2 - -Id. Quand
Jn’est pas
intégrable (non
localementéquivalente
à la structurecomplexe
ide
C ) , la
variété X manque engénéral d’objets holomorphes.
Ellepossède cependant
des courbesJ-holomorphes,
i.e. des surfaces dont leplan tangent
en tout
point
est une droitecomplexe
pour J.En
particulier
elle abeaucoup
deJ-disques
non constants(voir
l’article de J.-C. Sikorav dans
[1]).
UnJ-disque
est uneapplication f : (D, i)
-(X, J)
dudisque
unité D de C versX, qui
estJ-holomorphe :
elle vérifie suite de
Kruglikov
et Overholt[8],
ondéfinit donc la
pseudométrique
deKobayashi-Royden K
sur T X comme encomplexe
par :où p est un
point
de X et v un vecteur deTp(X).
La variété X est dite
hyperbolique lorsque
K est une vraiemétrique.
Au
contraire,
sadégénérescence
se traduit par l’existence deJ-disques
arbitrairement
grands
dans Xpassant
par unpoint
dans une directionMots-clés : Hyperbolicité - Théorèmes de type Picard - Courbes pseudoholomorphes.
Classification math. : 32H25 - 32Q45 - 32Q60.
donnée. On s’attend
alors,
au moinsquand X
estcompacte,
à laprésence
de courbes entières dans la variété.
Précisément, appelons
courbe deBrody
uneapplication f : i)
-(X, J)
nonconstante, J-holomorphe
et de dérivée bornée.Comme en
complexe (voir Brody [3]), l’hyperbolicité
se caractérise ainsi[8] :
CRITÈRE.
- Soit(X, J)
une variété presquecomplexe compacte.
Alors X est
hyperbolique
si et seulement si elle ne contient pas de courbe deBrody.
Dans le cas
complexe,
on étudieplus
aisémentl’hyperbolicité
descomplémentaires
de diviseurs que celle des variétéscompactes.
Le critèreprécédent
demeure souvent valide.Ainsi, l’exemple
de base dû à Green[5], l’hyperbolicité
ducomplémentaire
de 2n ~-1hyperplans
enposition générale
dans
P (C) ,
se réduit à l’absence de courbe deBrody
dansP (C)
évitantces
hyperplans.
Il remonte donc essentiellement à Picard en dimensioncomplexe
1 et à Borel en dimensionsupérieure.
À
la suite de S.Ivashkovich,
il est tentantd’explorer
cetexemple
enpresque
complexe.
Ceci n’a de sensqu’en
dimension réelle 4 : en effet toute structure presquecomplexe
estintégrable
en dimension2,
alors que l’on manqued’hypersurfaces J-holomorphes
en dimensionsupérieure
à 4.On se donne donc un
plan projectif
presquecorrLplexe.
Autrementdit,
fixons une structure presque
complexe
J surJP>2(c) positive
parrapport
à la forme deFubini-Study cv : w(-, J.)
> 0.Appelons
J-droite de notreplan l’analogue
presquecomplexe
d’une droiteprojective,
donc une courbeJ-holomorphe plongée
dans(I~2 ((C), J), difféomorphe
àJP>1(c)
et dedegré
1en
homologie.
D’après
Gromov[6] (voir
aussi[10]),
un telplan
presquecomplexe possède beaucoup
de J-droites. Ainsil’espace
de ces J-droites estdifféomorphe
àp2 (C).
Elles vérifient deplus
les relations d’incidence usuelles : par deuxpoints
distincts passe uneunique J-droite;
deux J-droites distinctes se
coupent
transversalement en unpoint unique;
lesJ-droites
passant
par unpoint
p forment unpinceau difféomorphe
àP1 (C),
donnant une
projection
centrale 7r :JP>2 (te) B ~p~ -~ «C).
Soit C une réunion de
cinq
J-droites enposition générale (i.e.
sanspoint triple)
de ceplan
presquecomplexe.
Voici notre résultat :THÉORÈME. -
Leplan projectif
presquecomplexe (I~2 ((C), J)
necontient pas de courbe de
Brody
évitant laconfiguration
C.COROLLAIRE. - Le
complémentaire (I~2 ((C) B C, J)
esthyperbolique.
Dans cette
direction,
Debalme et Ivashkovich[4]
avaientauparavant remarqué
quel’hyperbolicité
de(p2 (C) B C, J)
était unepropriété
ouvertedans
l’espace
desconfigurations (C, J).
Le théorème se montre par l’absurde. Considérons une courbe de
Brody f
évitant laconfiguration
C. La remarqueprincipale
est que son adhérence F dansI~2 ((C)
est "feuilletée" par des limites def.
Parpositivité d’intersection,
une telle feuille évite une droite de C ou y est contenue.Or,
par unanalogue
du théorème deLiouville,
F doit rencontrerchaque
droite de la
configuration.
Donc F contient C parpropagation
lelong
des feuilles. La contradiction est atteinte à un
point
double de Cpuisque
la feuille y
passant
nepeut
être contenue à la fois dans les deux droitescorrespondantes.
Lefeuilletage
de F s’obtient par unargument
de famille normale enanalysant
la courbe deBrody f
sous lesprojections
centrales 7rà
partir
despoints
doubles de C. Lepoint
crucial est que 7r of :
C*est
quasiconforme
et d’ordrefini,
donc essentiellement un revêtement.Notons que ce schéma
géométrique
est intéressant même dans le cascomplexe.
Il réduit le théorème de Green à un faitanalytique
élémentaire de théorie de distribution des valeurs : une fonction entière ne s’annulant pas et d’ordre fini est uneexponentielle
depolynôme (comparer
avec[2]).
Afin de
préciser ceci,
débutons par despréliminaires
sur les suites deJ-disques
et lesprojections
centrales dans unplan projectif
presquecomplexe (1~2 (C), J) .
1.
Préliminaires.
Les
objets
considérés dans la suite sont de classe C°° sauf mention ducontraire,
les convergences de suitesd’applications
étant localement uniformes.a)
Positivité d’intersection.Soient deux
J-disques
non constantsSupposons-les d’images
distinctes et s’intersectant enf (o) - g(o) -
p.Alors cette intersection est isolée et l’intersection
homologique
des deuxdisques
en p est strictementpositive ([6],
voir aussi l’article de D. McDuff dans[1]).
Ceci entraîne le :FAIT. - Soit
( fn)
une suite deJ-disques convergeant
vers un J-disque f.
On suppose quefn(D)
évite une J-droite L duplan
presquecomplexe.
Alorsf (D)
évite encore L ou y est contenu.Sinon le
disque f (D) couperait positivement
la droite L. On trouveraitdonc une courbe fermée dans
f (D) enlaçant
localement L. Ce serait encorele cas pour pour n assez
grand,
contredisant le fait quefn (D)
évite L.b)
Familles normales.Remarquons
d’abord que, si une suite( f n )
deJ-disques
convergevers une
application
continuef :
D -~JP>2 (C),
alors celle-ci est de classe C°° et on a convergence des dérivées successives. La limitef
est donc unJ-disque.
Ceci résulte de larégularité elliptique
del’équation
des courbesJ-holomorphes (voir
l’article de J.-C. Sikorav dans[1]).
Une suite de
J-disques
est normale si de toute sous-suite onpeut
extraire une suiteconvergente.
La remarqueprécédente
et le théorèmed’Ascoli donnent le :
CRITÈRE.
- Une suite( fn)
deJ-disques
est normale si et seulement si la suite des normes de ses dérivées est localement uniformément bornée.est mesurée dans les
métriques
standard de C et]p2 (C)
Une suite non normale de
J-disques produit, quant
àelle,
une courbede
Brody
parreparamétrage (cf. [3]
et[8]) :
LEMME DE BRODY. - Soit
( fn)
une suite non normale deJ-disques.
Alors il existe une suite de contractions affines
(rn)
de Cconvergeant
versun
point
de D telle que( fn
orn)
converge vers une courbe deBrody après
extraction.
Rappelons
que cette courbe deBrody
est uneapplication
nonconstante
f : (C, 1)
-(I~2 ((C), J), J-holomorphe
et de dérivée bornéeconstante).
À
cestade,
voyons comment le corollaire découle du théorème.Soit C une
configuration
decinq
J-droites enposition générale
dans]p2(C).
Si(I~2 ((C) B C, J)
n’est pashyperbolique,
on obtient une suite deJ-disques
dont les dérivées enl’origine explosent,
donc une suite nonnormale évitant C. Celle-ci
produit
une courbe deBrody
dans(P 2 (C) J) .
Elle doit éviter
C,
contredisant le théorème : sinon cette courbe deBrody
rencontrerait une droite de la
configuration C;
par lea)
elle y seraitcontenue tout en évitant les
quatre
autresdroites ;
on obtiendrait ainsi unecourbe entière non constante dans
I~1 ((C) B {4 points},
cequi
estimpossible
par le théorème de Picard. 0
c) Éclatement
presquecomplexe.
Soit p un
point
de notreplan
presquecomplexe. D’après [6] (voir
aussi~10~ )
passe par p unpinceau
de J-droitesparamétré
parJP>1 (C),
donnant uneprojection
centrale 7r :JP>2(C) B (p) - P (C) .
Redressons localement ce
pinceau
sur lepinceau
linéaire des droitescomplexes
de(CZ
en 0. On construit pour cela undifféomorphisme 4$ près
de p, en
projetant chaque
J-droite L dupinceau
sur satangente TpL parallèlement
àTpL’.
Cedifféomorphisme
est de classe C°° hors de p mais seulement en p. La structure presquecomplexe transportée
par4$,
encore notée
J,
sera donc de classe C°° hors de 0 etLipschitz
en 0. Onpeut toujours
supposer queJ(0)
= i.Définissons alors l’éclaté X de
(JP>2 (C) J)
en p comme l’éclatécomplexe
usuel
(~2
en 0 via 4$.Par
construction,
laprojection
centrale 7r se relève en une fibration 7r : X --~I~1 ((C) .
La structure J donne par relèvement une structure presquecomplexe J sur X B E
où E est le diviseurexceptionnel
de X. Les fibres de 7r sontJ-holomorphes
hors de E.LEMME. - La structure presque
complexe J
admet unprolonge-
ment
Lipschitz
au diviseurexceptionnel
E.Démonstration. - On le vérifie via 4$. Notons q la
projection
de C2sur
C .
On a, dans une des deux cartes de l’éclatéusuel, q(x, t)
-(x, tx) .
Hors du diviseur
exceptionnel
E =(x
=0),
la structurerelevée
s’obtient parJ =
(dq)-l
odq.
Les horizontales(t
=constante)
étantJ-holomorphes,
la structure
J
est de la formeoù j,
l et msont,
enchaque point,
desR-endomorphismes
de C. Enposant
de la même manière et en
explicitant
la différentielledq,
onobtient les formules suivantes
pour J
aupoint (x, t) :
Comme vérifie bien que
d) Pro jections quasiconformes.
Comme dans le
paragraphe précédent,
on se fixe 7r uneprojection
centrale associée au
pinceau
de J-droites en p. Celle-ci n’est pas engénéral holomorphe. Cependant
elle restequasiconforme
en restriction aux J-disques
duplan
presquecomplexe.
Précisons ceci. On suppose que 7r envoie l’orientation transverse du
pinceau
venant de J sur celle deSoit
0 I~
1. Uneapplication 9
D -~ est dite k-quasiconf orrrte si kllagll.
Ici9g
etag désignent respectivement
les
composantes
C-linéaire et C-antilinéaire de la dérivéede g
pour les structurescomplexes
de D etP (C).
Notons que g restequasiconforme (pour
une autreconstante)
si on la compose par undifféomorphisme préservant
l’orientation depl (C).
PROPOSITION. - Il existe une constante k 1 telle que 7r o
f
soitk-quasiconforme
pour toutJ-disque f
évitant p.Démonstration. - Relevons le
J-disque f
à X l’éclaté presquecomplexe
en p, en unJ-disque f.
On veut voir que 7fo f
estquasiconforme.
L’énoncé étant de nature
locale,
onpeut
supposer ledisque /(D)
contenudans un ouvert de carte U de X trivialisant la fibration. L’ouvert U est donc
difféomorphe
aubidisque
D xD,
7f devenant laprojection
sur le deuxième facteur. La structureJ
dans cette carte est alors de la formeComme on
peut toujours
supposer queJ(0) = i,
lastructure j
sera unepetite perturbation
i + 6 de la structurecomplexe
de Dquitte
à rétrécir U.Ceci n’utilise que la continuité de J
(voir c) ) .
Ainsi 7T o
f
se lit dans la carte commela
deuxièmeprojection
g : D - D du
J-disque. D’après
la forme deJ,
elle satisfaitl’équation
dg o
i= j (1)
odg =
i odg + e(/)
odg.
On en déduit laquasiconformalité de g
puisque 6
estpetit. L’application
if 0f
est doncku-quasiconforme
pour une constante nedépendant
que de la carte. En recouvrant X par un nombre fini de tels ouvertsU,
onpeut prendre
pour 1~ le maximum des constanteskU
enquestion.
0Remarque. - D’après
le dernierchapitre
de lamonographie
deLehto et Virtanen
[9],
uneapplication k-quasiconforme peut toujours
s’écrire comme
composée h 0 cp
d’une fonctionholomorphe h
et d’unhoméomorphisme quasiconforme 0 grâce
au théorème d’Ahlfors-Bers.Nous renvoyons à
[9]
pour les définitionsanalytique
etgéométrique
deshoméomorphismes quasiconformes,
et leurspropriétés.
On en déduit
déjà
cetanalogue
du théorème de Liouville :COROLLAIRE. - Soit
f : (C, i)
-(]p2(C), J)
une courbe entièreJ-holomorphe.
On suppose que l’adhérence de sonimage
évite une J-droiteL. Alors
f
est constante.Démonstration. -
Plongeons
L dans unpinceau
de J-droites. On suppose que laprojection
centrale 1r envoie L sur lepoint
à l’infini deI~1 (C).
Notons g lacomposée
1r of.
Comme éviteL, g (C)
évite l’infini.Autrement
dit g :
C - C est bornée. Par laproposition
et la remarque, g s’écrit comme unecomposée h o 0
où h est une fonction entière bornéeet 0
unhoméomorphisme
de C. Par le théorème deLiouville, h
etdonc g
sont constantes. Ainsi la courbe
f ((C)
est contenue dans une J-droite L’ dupinceau.
Or l’adhérencef ((C)
évite lepoint
de rencontre de L et L’ que l’on identifie aupoint
à l’infini de L’. Doncf
est constante par une nouvelleapplication
du théorème de Liouville. 0Abordons maintenant la démonstration
proprement
dite du théorème.2.
Démonstration.
Rappelons
que l’on raisonne par l’absurde. Soitf : (C, i)
-(]p2 (C), J)
une courbe de
Brody
évitant uneconfiguration
C =ULi
decinq
J-droitesen
position générale.
Notons F =f ((C)
l’adhérence de sonimage
dans]p2 ( C).
On a le :LEMME
GÉOMÉTRIQUE. -
Lecompact
F est réunion deJ-disques
A non constants obtenus comme limites de
disques
def C .
Admettons
provisoirement
ce lemme. Voici comment en découle la contradiction.Remarquons déjà
que lesdisques A
satisfont l’alternative suivante vis-à-vis de C(cf. 1.a)) :
ou A éviteC,
ou A est contenu dans l’une des droites de C en évitant les autres. Enparticulier,
F doit éviter lespoints
doubles de laconfiguration
C.Cependant,
parl’analogue
duthéorème de Liouville
(cf. l.d)),
F rencontrechaque
droiteLi
de C. Deplus
l’intersection F nLi, qui
est fermée dansLi,
y est aussi ouverte : ledisque A passant
par unpoint
de F nLi
est nécessairement contenu dansLi .
Donc F contient toute laconfiguration.
Contradiction. 0Démonstration du lemme
géométrique.
- Elle repose surl’analyse
de F sous les
projections
centrales issues despoints
doubles de laconfiguration.
Soit p un telpoint double,
parexemple
lepoint
de rencontrede
Li
etL2.
Notons 7r :p2(C) B ~p~ -~ P (C)
laprojection correspondante.
On suppose que les droites
Li
etL2
s’envoient par 7r surl’origine
et l’infinide
P (C) .
La restriction de 7r à la courbe deBrody f
est donc à valeurs dans C*. Lepoint
crucial est que 7r of
est presque un revêtement :LEMME ANALYTIQUE. - La
composée
g = 7r of :
(C --~ C* est de laforme où P est un
polynôme
non constantet 0
unhoméomorphisme
de C.
En
particulier,
soit 6 undisque
dansC*;
alorsg-1 (b) -
U UU Dn
où U et les
disques Dn
sontdisjoints,
dedegré
fini etglDn
unhoméomorphisme
sur 6.Admettons pour l’instant ce résultat. Voici comment il entraîne le lemme
géométrique.
Soit z un
point
deF B f (C). Quitte
àpermuter
lesdroites,
supposonsque
Li
etL2
évitent z. Notons t = et ô undisque
centré en t dans C*.Par
hypothèse, z
est limite d’une suite depoints
distincts(zn )
def (C).
Parla remarque suivant le lemme
analytique
ontrouve,
pour n assezgrand,
un
disque An
contenu dans la courbe deBrody passant
par zn tel que7r : soit un
homéomorphisme.
Il suffit de voir que
(An)
forme une famille normale pour conclure.Pour cela
reparamétrons
conformément lesdisques An
parfn : (D, i)
-(p2 (C) J)
avec 7r o t. Lesprojections
gn = 7r ofn :
D -7 ô sontainsi des
difféomorphismes k-quasiconformes (cf. l.d)) envoyant l’origine
sur t.
Quitte
àextraire,
onpeut
donc supposer que(gn )
converge vers unhoméomorphisme -y
de D sur ô[9].
On en déduit bien que la suite de
J-disques ( fn)
est normale.Sinon,
par le lemme de
Brody (cf. l.b)),
on trouverait une suite de contractions affines(rn )
de Cconvergeant
vers unpoint a
de D telle que orn)
converge vers une courbe de
Brody h quitte
à extraire. Ainsi(gn o rn )
auraitpour limite
-y(a).
Autrementdit,
la courbe h serait contenue dans la fibre de7r au-dessus de
-y(a),
donc dans une J-droite L dupinceau
en p. Par ailleurs cette courbe deBrody
éviterait encore C comme limite d’une suite deJ-disques
hors de C(cf. 1.b) ) .
Or L n C contient au moins troispoints.
Onobtiendrait donc une courbe entière non constante dans
((~) B f 3 pointsl,
contredisant le théorème de Picard. 0
Démonstration du lemme
analytique.
- Elle repose sur le fait que la courbe deBrody f
est d’ordrefini,
ainsi que saprojection g
=7r o f .
Commeg est
quasiconforme,
on l’écrira commecomposée ho 0
d’une fonction entière h d’ordre fini et d’unhoméomorphisme.
Or on sait bienqu’une
fonctionentière ne s’annulant pas et d’ordre fini est une
exponentielle
depolynôme (cf.
parexemple [2]).
Détaillons ceci. Notons
DT
ledisque
centré enl’origine
de rayon r dans C.Rappelons
que úJdésigne
la forme deFubini-Study
deI~2 ((C),
cellede
JP>1 (C)
étant notée w.Définissons,
comme Nevanlinna et Ahlfors(voir [7] ),
lescaractéristiques
def et g
par :Les
applications f
ou g sont d’ordrefini
si leurcaractéristique
croît auplus polynomialement
en r. C’est le cas pourf :
en effet sa dérivée estbornée,
donc est une 2-forme bornée sur C et
T(f)
croîtquadratiquement.
Pour passer à g, on va comparer la forme
singulière (le courant)
à cv. Leur différence n’est
plus
tout àfait,
comme encomplexe,
le ddc d’unpotentiel
àsingularité logarithmique
en p :FAIT. - Il existe une fonction
négative u
et une 1-forme bornée a sur{p}
telles que 7r*cJ’ = W +ddj-u
-I- da en dehors de p, avec lanotation -du o J.
En
effet,
comme w et 7r*cJ’ sontcohomologues,
ils’agit
d’unproblème
local
près
de p : écrire comme somme duddj-
d’unpotentiel négatif
et d’une différentielle d’une 1-forme bornée.
Or, après
redressement dupinceau
en ppar q, (cf. l.c),
on aoù 0 - d log 1 z o ( ~I - i).
Cette 1-forme est bien bornéeprès
de 0 carJ(z) - i
=O(lzl) (4$
estC1+Lip
enp).
Puisque f
estJ-holomorphe,
onpeut
maintenant comparerT(g)
etZ’(f ) ~
Classiquement [7]
lapremière intégrale vaut fô u
o 27ru of(O).
Elle reste donc
majorée puisque u
estnégative.
La seconde croît linéairement : eneffet,
la 1-formef*a
est bornée sur C car la dérivéede
f
et a le sont.Donc g est,
commef,
d’ordre fini.Écrivons maintenant g
commecomposée g = h o 0
d’une fonction entière h et d’unhoméomorphisme quasiconforme 0
deP (C)
fixant l’infini(cf. 1.d)
et le dernierchapitre
de[9]).
Notons quel’homéomorphisme 0
estHôlder pour la
métrique
deFubini-Study
dePl (C) [9]. Puisqu’il
fixel’infini,
son inverse croît
polynomialement
pour lamétrique
usuelle de C : on auraC
Drd
pour un certain entier d et r assezgrand.
Ceci entraîne que hest,
comme g, d’ordre fini :T(h) (r)
vaut en effet par définitionRappelons
enfin brièvementpourquoi h
est uneexponentielle
depolynôme.
Comme h ne s’annule pas surC,
elle a unlogarithme
k. Montrons que c’est unpolynôme.
Notons pour cela que, dansC,
= dd~log( 1 + Iz/2).
Donc : __
La deuxième
égalité
résulte du fait quelog h (
estharmonique.
Ainsi lesmoyennes sur les cercles de centre 0 et de rayon r de
1 log 1 hl 1 = 1 Re(k)1 1
ont une croissance
polynomiale.
Or ledéveloppement
en série entière de k àl’origine
donne : -En faisant tendre r vers
l’infini,
on obtient bien queken) (0)
= 0 pour ngrand.
0BIBLIOGRAPHIE
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J.-C. SIKORAV, Dual elliptic planes, preprint 2000, arXiv math. SG/0008234.Manuscrit reçu le 14 janvier 2004, accepté le 30 mars 2004.
Julien DUVAL,
Université Paul Sabatier Laboratoire
Émile
Picard UMR CNRS 558031062 Toulouse Cedex 4
(France).
duval@picard.ups-tlse.fr