A NNALES DE LA FACULTÉ DES SCIENCES DE T OULOUSE
A BDELBAKI B OUTABAA
Sur les courbes holomorphes p-adiques
Annales de la faculté des sciences de Toulouse 6
esérie, tome 5, n
o1 (1996), p. 29-52
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- 29 -
Sur les courbes holomorphes p-adiques
ABDELBAKI
BOUTABAA(1)
Annales de la Faculté des Sciences de Toulouse Vol. V, n° 1, 1996
RÉSUMÉ. - Ce travail consiste à étendre la théorie de Nevanlinna aux
courbes holomorphes p-adiques. Les résultats obtenus sont appliqués à
l’étude des solutions entières de l’équation fonctionnelle
~~ fi =
1,ainsi qu’au problème d’unicité des courbes holomorphes dans l’espace projectif p-adique.
ABSTRACT. - The purpose of this work is to extend Nevanlinna Theory
to p-adic holomorphic curves. As applications we will study p-adic entire
solutions of the functional equation
03A3ni=1 fi
= 1. We will finally investi-gate the uniqueness problem of holomorphic curves in the p-adic projective
’
space.
AMS Classification : Prinmary 12H25 ; secondary 46S12.
0. Introduction
Dans
[1]
et[2],
on étudie les fonctionsméromorphes p-adiques f :
:Une " thérorie de Nevanlinna
p-adique "
est établie pour de telles fonctions et les résultats obtenus sontappliqués
à l’étuded’équations
différentielles
p-adiques.
Le
présent
travailqui s’inspire largement
d’un article de H. Cartan[3],
consiste à
généraliser
la théorie de Nevanlinna aux fonctionsméromorphes f :
: 1.Ainsi,
on obtient une extension aux courbesholomorphes
notamment des théorèmes1.3,
1.8 et 1.9 de[1].
Nous donnons enfin deuxapplications
de ces résultats :~ * ~ Reçu le 2 novembre 1993
~ Université Blaise-Pascal, Laboratoire de Mathématiques Pures, Complexe Scien- tifique de Cézeaux, F-63177 Aubière Cedex (France) ; [email protected] bpclermont.fr
~ étude des solutions entières de
l’équation ~i 1 fi
=1 ;
~
problème
d’unicité des courbesholomorphes
dansl’espace projectif
p-adique.
Les notations
utilisées,
et que nous allonsrappeler brièvement,
sont cellesde
[1]
et[2]. Ainsi,
on noteA(Cp) (resp. M(Cp)) l’espace
des fonctions entières(resp. méromorphes)
dans tout le corpsCp, complété
de la clôturealgébrique de Qp.
Pour ~
E.~t~I (C~, ), ~ ~
0 et pour ~C > -oo, on noteoù v est la valuation du corps
Cp.
C’est-à-dire que~) (resp. q~))
est le nombre de zéros
(resp. pôles) de §
sur le cerclev(x)
= p,chaque
zéro
(resp. pôle)
étantcompté
autant de fois que son ordre demulticiplité l’indique.
PROPOSITION 0.1.- Formule de Jensen. Pour
~
E telle que~(0) ~
0 et~(0) ~
oo et pour À > on aoù
À)
est lafonction
de valuation de lafonction ~..
Pour §
et À commeprécédemment,
posonsLa fonction
(À
t2014~T( À, ~~~
estappelée fonction caractéristique
de~.
Avec les notations
précédentes,
la formule(0.1)
nous donne le résultat suivant.THÉORÈME 0.2. - Premier théorème
fondamental
de Nevanlinna. Soient~
EM(Cp ) et
a ECp
tels que~(0) ~ 0, ~(0) ~
a et~(0) ~
oo . . On aOn montre aussi les résultats suivants. a
PROPOSITION 0.3. - Soit
03C6
E telle que 0 et#
~ .On a les
équivalences
suivantes :THÉORÈME 0.4. - Deuxième théorème
fondamental
de Nevanlinna. Soit~
E.~I~(C~), ~
non constante. Soient al, ..., aq des éléments distincts deCp
et b E I~8 tels quev(ai
- b pour 1 i~ j
q. On suppose que~(0) ~ 0, ~(0) ~
oo et~(0) ~
a pour tout i. On a :où
Nl (~, ~)
est le nombre obtenu deN(À, ~)
encomptant chaque pôle
uneseule
fois quel
que soit son ordre demultiplicité
etS(À, ~)
=O(1) quand
~--;-oo.
Les notations suivantes nous sont nécessaires pour énoncer une consé- quence de ce théorème.
Soit ~
E non constante telle que~(0) ~
0 et~(0) ~
oo. OnPour tout a E
Cp
tel que~(0) ~
a, on pose :Il est clair que, pour tout a E
C~
U on a 0b{~, a) b1 {~, a)
1. .COROLLAIRE 0.5. - Soit
~
E.Jlit {~ ), ~
non constante telle que~{o) #
0et
03C6(0) ~
~. On ala sommation
portant
sur les a tels que~(0) #
a.Pour la démonstration voir
[1,
théorème1.8]
ou[2,
théorèmes 2.9 et2.10].
.1. Fonction T et
premier
théorème fondamentalPour tout ...,
Xn+1)
E~+1 ~ ~ (0,
...,0) ~ ;
on poseOn note alors :
DÉFINITION 1.1. - On dit
qu’une application f
:Cp
~ Pn admet unereprésentation
s’il existe uneapplication f Cp
-~~+1 ~ ~ (0,
... ,0) ~
telleque
f
= 03C0 of.
Ceci
signifie
l’existenced’application fi ,
..., deCp
dansCp
nes’annulant simultanément en aucun
point
deCp
telles quePROPOSITION 1.2.- Soient
deux
représentations
d’uneapplication f
:Cp
~ Alors il existe uneapplication
h :Cp
~C*p
telle quegi (x)
=h(x) fi (x)
pour tout x ECp
ettout i = 1,
..., n + 1.Démonstration. . - Pour un x E
C~,,
-
(.fl (~)
~ ..., .fn-~1 (~))
etb(x)
_(g1 (~)
~ ..., gn-f-1 (~)~
sont deux éléments de
(Cp+1 ~ ~ (0,
... ,0) ~
tels que ~r(a(x)) - ~r(b(x)) . Donc,
il existe un
unique
ax E(C~
tel quegi (x)
= pour i =1,
... , n + 1.La fonction h est alors définie par
h(x)
= cx~ pour tout x EDÉFINITION 1.3. Une
représentation
d’une
fonction f
:Cp
-~ I~n est diteholomorphe
si lesfonctions fi
: --~Cp
sontholomorphes.
Unefonction f
:Cp
-~ I~n est diteholomorphe
si elleadmet une
représentation holomorphe.
COROLLAIRE 1.4. - Soient
f
:Cp
--~ unefonction holomorphe
etdeux
représentations holomorphes
def.
. Alors il existe une constante nonnulle k telle que
gi (x)
= pour tout x Et~
et tout i =1,
... , n + 1. .Démonstration. - La
proposition
1.2 assure l’existence d’uneapplica-
tion h :
Cp ~ C*p
telle que =h ( x ) f i ( x )
et les conditions du corollaire entraînent que h est entière. Or une fonction entièrequi
n’a pas de zéro n’est autrequ’une
constante non nulle.DÉFINITION 1.5. - Soient
f
:Cp
~ Pn unefonction holomorphe
etune
représentation holomorphe
def.
. On supposefi (0) ~
0 pour touti =
1,
..., , n + l. . On note alors pour À > -oo : :Remarque
1. ~ . Le corollaire 1.4 montre que la fonction T est bien définie : elle nedépend
pas de lareprésentation
DÉFINITION 1.7. Soient
f
:Cp
-~ unefonction holomorphe
etune
représentation holomorphe
def.
. Si A E on noteA f
lafonction holomorphe
deC~p
dans dont unereprésentation holomorphe
est
THÉORÈME 1.8
(généralisation
du théorème0.2) . -
Soientf
:Cp
--~ I~’~une
fonction holomorphe
etune
représentation holomorphe
def.
. On suppose~
0 pour touti =
l,
, ... , n + 1. . Soit A EGLn+1 (Cp).
On aDémonstration.- Soient A = et
A-1
= PosonsSoit
b 0
tel queDe
même, on
aDonc enfin
A f ) - T(À, f ) (
-2~.Exemple
1. 9 . Soitf
EM(Cp)
telle quef (o) ~
0 et ~. On af
=f1/f2
où
Il
etf2
sont deux fonctions den’ayant
aucun zéro commun ettelles que
f 1 (o ) ~
0 etf 2 (o ) ~
0.1)
La formule(0.1) appliquée
à1/f2
donneOn a aussi
et par suite
D’où
.f~
=f~
+.f~
=v ~Î2~~~~ - ~~ ~ v~.f2 ~ ~l~
etdonc
où ~i =
v ~ f 2 (0)~ - min ~v ~ f 1 (0)~ , v ~ f 2 (0)~ ~
est une constante.D’autre
part, f peut
êtreregardée
comme une fonctionholomorphe
dont une
représentation holomorphe
estDes relations
(1.3)
et(1.4)
on aDonc la fonction T
généralise
bien la fonction T.2)
Soit a ECp
tel quef (0) ~
a. Doncet le théorème 1.8 ci-dessus donne
T(À, A f )
=T(À, f )
+O(1).
OrCeci avec la relation
(1.5) permet
de retouver le théorème 0.2.PROPOSITION 1.10. - Soient
f
:Cp
~ Pn unefonction holomorphe
etune
représentation holomorphe
def
telle quefi (0) ~
0 pour tout i =1,
... , n + 1. On a leséquivalences
suivantes(prop. 0.3)
:f
est une constante~ (03BB,f)
=0(1) ,
À ~ -~(1.6)
E pour tout i ~
T(À, f)
=O(1) ,
À -~ -oo . .(1.7)
COROLLAIRE 1.Il. - Soit
~
E telle que~(0) #
0 et~(0) #
oo.Soient a,
b,
c, d ECp
tels que ad - bc~
0. soit~
= +b)/(c~
+d).
Onsuppose que
03C8(0) ~
0 et03C8(0) ~
~. Alors on aDémonstration. . - On pose
on
écrit ~
=11//2 et
onapplique
le théorème 1.8 àPROPOSITION 1.12. - Soient
f
:Cp
~ Pn unefonction holomorphe
etune
représentation holomorphe
def
telle quefi (0) ~
0 pour tout i =1,
... , n + 1. . Soientdeux combinaisons linéaires des
fi
àcoefficients
dansC~,
telles queF(0) ~
0et
~(0} ~
0. On aavec
I~1
= -minlxn+1 ~v(~i)~
où
~i2
est une constantequi dépend
de F et G et non pas de À.Démonstration. . - La formule
(0.1)
donneOn a ainsi démontré la
première
relation. Pour démontrer la seconde on a :Or par la formule
(0.1),
on av(G, À)
+~V(A, 1/G)
= v(G(0~~ d’où
Remarque
1.13. . -T(À, fi/ fj) ~’(~, f)
+ ~~ pouri, j
E~l,
... , n +1~.
.2. Deuxième théorème fondamental
En vue d’étendre le théorème 0.4 aux courbes
holomorphes,
nous allonsdémontrer les résultats
préliminaires qui
suivent.LEMME 2.1.2014 Soient
fi
...,fm
E linéairementindépendantes
et
n’ayant
aucun zéro commun. Soit un entier q > m. On considère q combinaisons linéaires defi
..., fm
:telles que toutes m
fonctions parmi
lesFj
soient linéairementindépen-
dantes. Soit x E
Cp
tel queAlors pour
tout i ~
m et toutj
q - m +1,
on aoù K ~ R ne
dépend
que des aij et non pas de x.Démonstration. Considérons les m - 1 fonctions
Fq-m+2, Fq-m+3, Fq
Pourtout j ~ q - m + 1, les fi (i m)
sont des combinaisons linéaires deFq-m+2, , Fq_m+3 Fj,
, ..., Fq
. Comme les coefficientsqui
interviennentdépendent
seulement des aij, on aCOROLLAIRE 2.2. - Pour tout x E il y a au moins
q-m+1 fonctions
Fj
telles que#
0.Démonstration. . - Soit x E
Cp. Si,
pour l’undes j
q - m~-1,
on avait=
0,
on auraitd’après
le lemme 2.1 :pour tout i =
1,
... m. .Ce
qui signifie
que lesf ont
un zéro commun contrairement àl’hypothèse.
COROLLAIRE 2.3. Avec les notations et
hypothèses
du lemme2.1,
on considère lafonction holomorphe f
:CCp
- dont unereprésentation holomorphe
estOn suppose que 0 pour tout i =
1,
... , m. Alors on ale minimum étant
pris
sur les(q
-m)-uplets
d’entiers distincts appartenantà~l,...,q~.
Démonstration. - Les conditions du lemme 2.1
impliquent qu’aucune
fonction
parmi
lesfi
ou lesFj
n’estidentiquement
nulle. Soit À > -oo.Pour tout x tel que
~(:r) ~
À et tout i m, on ad’après
le lemme 2.1 :le minimum
portant
sur les(q - m)-uplets
d’entiers distinctsappartenant
ày, ..., q}.
D’oùPar
suite,
on a pour tout iAfin de
justifier
les notations et résultatsqui suivent,
nous faisons uncommentaire.
Commentaire . De la formule
(0.7)
on déduit queOr si l’on
pose § =
avecA(Cp)
sans zéros communs et tellesque
~1 (0) #
0 et~2(0) ~ 0,
la formule ci-dessus s’écritAinsi,
on voit que la somme~q 1 Ni (A, 1/(c~1 -
est liée aux q combinaisons linéaires03C61 - ai03C62
des deux fonctions entières03C61
et03C62.
Ceci nous conduit à faire les notations suivantes.
Notations 2.5. - Si F est une fonction entière non
nulle,
m > 1 etÀ > -oo, on note
pr,-,, (~, F)
le nombre de zéros de F sur le cercle =À, chaque
zéro étantcompté
autant de fois que son ordre demultiplicité
si cetordre est inférieur où
égal
à m et m fois dans le cas contraire. On pose alorsSoit
f :
une fonctionholomorphe
etune
représentation holomorphe
def
telle que 0 pour tout i =1,
..., n + 1. Soit F une combinaison linéaire defi ,
...,fn+i
telle queF(0) ~
0. Pour toutm > 1,
on poseIl est clair
qu’on a
Ces notations
généralisent
celles des théorème 0.4 et corollaire 0.5.THÉORÈME 2.6
(généralisation
du théorème0.4).
Soientf
:Cp
- Pnune
fonction holomorphe
et ~ - ..une
représentation holomorphe
def
telle quefi(0) ~
0 pour tout i =1,
... , n + 1. . On suppose que le wronskien ..., fn+1 )
desfonctions
f1
~ ~ ~ ~ estnon-identiquement
nul. Soient q > n + 1 etFl
, ..., Fq
combinaisons linéaires des
fonctions
entièresfi
...fn+1.
. On suppose que toutes n + 1fonctions parmi
lesFi
sont linéairementindépendantes
et que0 pour tout i =
1,
... , n + 1. On a alors :Remarque
2.7. - On voit que la relation(2.4)
est la casparticulier
de larelation
(2.8)
où n = 1.Pour démontrer le théorème 2.6 on a besoin des lemmes suivants.
LEMME 2.8.2014 Pour toute
~
E toutj >
0 et tout À0,
on aPour la démonstration voir
[1].
.LEMME 2.9.2014 Soient F une
fonction
entière et a un zéro de F d’ordre.~. Alors pour tout
j > 0,
a est unpôle
de d’ordrej).
Démonstration. - Posons
F(x)
=(x
- avecG(a) #
0. Par laformule de
Leibniz,
il vientpour j ~
0Par suite a est un
pôle
de d’ordrej).
Démonstration du théorème .~. ô - Si al, ... , an+1 sont n + 1 entiers distincts de
~l,
...,q~,
on note/31,
..., les autres q - n - 1 entiers de{1,
...,q~.
On a parhypothèse
où
c(a1,
... , est une constante ; d’oùpar
suite,
on aDonc le second membre de
l’égalité (2.10)
est une fonctionméromorphe
de
Cp
dansP~ qui
nedépend
pas de al, ..., , (xn+1. D’oùle minimum étant
pris
sur les(q - n - 1)-uplets (al,
...,an+1)
d’élémentsdistincts
de ~ 1, ... , q~ .
Nous allons minorer
v(H, À).
Comme aucune des fonctionsFi,
...,Fq
nes’annule en
zéro,
la relation(2.11 )
montre queSi
H(x)
admet unpôle
d’ordre k enzéro,
alorsD(ai, ...,
admetun zéro de même ordre k en zéro. Donc la fonction
n’a ni zéro ni
pôle
àl’origine
et la formule de Jensen(0.1)
nous donneD’autre
part,
si a ECp
est un zéro deH(x)
d’ordref(a),
le corollaire 2.2 per- met de choisir~31 (a),
..., ,Qq_n_1 (a)
tels que(a) # 0,
...,(a) ~
0. Donc a est un
pôle
d’ordre.~(a)
duD(a1,
..., an+1 ) correspondant.
Oron a
où 03C3 parcourt le groupe
symétrique
Pour
tout j
=1,
..., q, soit.~~ (a)
l’ordre de a en tant quepôle
deFj, (.~~
= 0 si a n’est pas unpôle
deFj).
Du lemme 2.9 et de la relation(2.14)
il vient que a est un
pôle
de ..., d’ordre inférieur ouégal
àmin{(r(z) - l) ,
Or on aMaintenant
D’où, d’après (2.15) :
et donc
(§ 2.5) :
D’où, d’après (2.13) :
La relation
(2.12)
nous donneOr du lemme 2.8 et de
(2.14),
il vientEn
reportant
dans(2.17),
on obtient :Or la relation
(2.2)
écrite pour m = n + 1 donneD’où par
(2.18)
et(2.19) :
COROLLAIRE 2.10
((généralisation
du corollaire0.5)).
Sous les mêmesconditions que celles du théorème
~.6,
on a3.
Applications
3.1
Équation
fonctionnelleSoient ~ ~
1 et/i,
..., des fonctionsp-adiques
entières. Pour toutz =
1
, ... , n +1
soitDonc tout zéro de
f
est d’ordre demultiplicité >
m2 .PROPOSITION ‘~.1. On suppose
qu’aucune
desfi
n’estconstante,
0 et que les
f2
sont linéairementindépendantes
etvérifient
Démonstration. . -
D’après
la relation{3.1)
lesfi
ne s’annulent simulta- nément en aucunpoint ;
doncest une courbe
holomorphe
deCp
dans Considérons les combinaisons linéaires suivantesdes f
iToutes les conditions sont réunies pour
appliquer
le corollaire 2.10. D’oùOr on a 03B4n(1) = 1 et
D’après
la formule de Jensen on aOn termine en
reportant
dans(3.3).
On remarque que la conclusion de cette
proposition
reste vraie si lesIi
sont
supposées
nonpolynomiales
et si au second membre de(3.1)
on a unpolynôme
non nul.3.2 Unicité
projective
Soient
f :
JIDn une fonctionholomorphe
etune
représentation holomorphe
def
telle que 0 pour tout i =1,
..., n + 1. Si unhyperplan H,
défini par a1 z1 + ... + an+1zn+1 =0,
necontient pas
f(Cp ),
on définit la fonction entièreFh Cp par
On définit alors une fonction
v(/, H)
deCp
dans N parDÉFINITION
3.2. - On dit que la courbeholomorphe f
rencontrel’hy- perplan
H siv( f, H) fl
0.DÉFINITION 3.3. - Une
famille H1,
, ..., Hq (q
>n+1) d’hyperplans
estdite en
position générale
si àchaque fois
quef
:Cp
--~ est une courbeholomorphe
nonconstante,
toutes n + 1fonctions parmi
les , ...sont linéairement
indépendantes.
~
THÉORÈME 3.4. - On considère n + 1 courbes
holomorphes
non cons-tantes .
Soient
H1,
... ,, H2~,+3
deshyperplans
enposition générale.
On suppose que, Hk~
_ v~ f ~ H k)
pour 1i, j
n + 1 et 1 ~ 2n + 3.Alors,
on aDémonstration. - Posons
F~
=F~’
pour tout z et tout k. La formule(2.8) appliquée
avec q = 2n + 3 donne pour tout z :Pour k fixe soit
Fk
une fonction entière ayant pour zéros tous les zéroscommuns aux i =
1,
..., n +1,
et telle que pour tout a ECp
:Donc,
tout zéro deFk
est d’ordre demultiplicité
le minimum des ordresqu’il
a en tant que zéro desFj~
On aEn effet si
pour ~
EM(Cp),
on note.~a
= on aOr pour a E
Cp
on aD’où la relation
(3.5)
enmultipliant
parv(x) -
À et en sommant sur les xtels que
~) ~
À. De(3.4)
et(3.5)
on aCeci nous donne
Posons
F(x)
= ...,, f "’+1 )
et supposons 0. Alors toutzéro de
Fk
est un zéro commun à toutes lesFk
et est donc un zéro deF(x)
au moins du même ordre que relativement à
Fk.
D’oùOr
d’après
lepremier
théorèmefondamental,
on aComme F est
entière,
on apour À
assezproche
de -oo :Il vient donc
Des relations
(3.6)-(3.9)
on a :Or les identités
v ( f Z Hk)
-v(lj, hk)
se traduisent par la nullité du second membre del’inégalité (3.11),
d’où :Ce
qui signifie
que lesf’
sont des constantes contrairement àl’hypothèse.
- 52 -
Bibliographie
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