A NNALES DE LA FACULTÉ DES SCIENCES DE T OULOUSE
C LAUS H ERTLING
Formules pour la multiplicité et le nombre de Milnor d’un feuilletage sur (C
2, 0)
Annales de la faculté des sciences de Toulouse 6
esérie, tome 9, n
o4 (2000), p. 655-670
<http://www.numdam.org/item?id=AFST_2000_6_9_4_655_0>
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- 655 -
Formules pour la multiplicité
et le nombre de Milnor d’un feuilletage
sur(C2, 0)
(*)CLAUS
HERTLING(1)
e-mail: hertling@math.uni-bonn.de
RÉSUMÉ. - On établit des formules pour la multiplicité et le nombre de
Milnor d’un feuilletage saturé sur ((C2,o), à partir des données provenant d’une réduction. On définit un polynôme, qui généralise le polynôme caractéristique d’une singularité isolée d’une courbe plane.
ABSTRACT. - Formulas for the multiplicity and the Milnor number of any saturated foliation on (c~2,o) are given, in terms of the data of a
reduction. A polynomial is defined which generalizes the characteristic
polynomial of an isolated plane curve singularity.
Dans
[C-LN-S]
une formule est donnée pour lamultiplicité
d’un feuil-letage
saturé sur(~2, 0)
sanscomposante dicritique.
Elle fait usage des données d’une réduction. Dans[A’C]
une formule est donnée pour le nom-bre de Milnor d’une
singularité
isolée d’une courbeplane, également
enfonction des données d’une réduction.
Ici les deux formules sont
généralisées
pour tous lesfeuilletages
saturéssur
(~2, 0) .
On trouve les données initiales dans[C-LN-S]
et[M-M].
Le tra-vail ici consiste à assembler et
approfondir systématiquement
les relations.La formule pour le nombre de Milnor a, dans le cas d’une
singularité
decourbe,
des raffinements : des formules pour lepolynôme caractéristique
de( * ~ Reçu le 15 juillet 1999, accepté le 29 novembre 2000
( 1 ) Mathematisches Institut der Universitat Bonn, BeringstraBe 1, 53115 Bonn, Alle-
magne
la monodromie
[A’C]
et pour lescouples spectraux [S-S-S].
Engénéralisant
ces formules on
peut
définir unpolynôme
etquelques couples
de nom-bres pour des
feuilletages.
Mais lasignification
est obscure. On terminepar
quelques
remarques sur lescouples spectraux.
Un
feuilletage holomorphe
.~’ sur un germe(M, p)
de variétécomplexe
RI de dimension 2 est donné par une forme
holomorphe w
en1,p - ~0~.
Deux formes w et c/ définissent le même
feuilletage
s’il existe une unité u E avec w = ~c ~ w’ .Un
feuilletage
.~’ donnépar w est
saturé si le germedes
points singuliers
est~p~
ou l’ensemble vide. SiSing (,~’, p)
est unecourbe,
il existe une
fonction g
E telque 03C9 g
soitholomorphe
et définisse unfeuilletage holomorphe saturé, appelé
la saturation de ,~.Une courbe
(S, p)
cp)
est invariante parrapport
à unfeuilletage
saturé
.F,
si S - p consiste de feuilles de.~’,
i.e. si est nulle auxpoints
lisses de S. Les courbes invariantes
(S, p)
c(llT, p)
sont lesséparatrices
de(.~, p) .
Un
feuilletage
.~’ sur(M, p)
a unesingularité
réduite en p, s’il existent des coordonnées(x, ~)
~(C2,0)
telles que le1-jet jlw
de w soitjlw
=ydx (dans
ce cas lasingularité
est unselle-n0153ud)
ouj103C9
=03BB1ydx - 03BB2xdy
avec
Â2 7~ 0, ~1~~2 ~ Q>o (comparer
avec[C-LN-S]
p144).
On fera usage des données suivantes d’un
feuilletage
.~ sur{M, p).
Pourla définition on choisit des coordonnées
(x, y)
:(Nl, p)
-~(~2, 0)
et uneforme w = a dx + b
d~,
a, b Ey~, qui
définit lefeuilletage .~’;
mais les données sontindépendantes
des choix.1) a)
Lamultiplicité
mult(,~’, p)
d’unfeuilletage
.~’(saturé
ounon)
en p:mult
(,~’, 0)
=min(k
Em~2,o)
=min(ordoa, ordob), b)
lamultiplicité
modifiée mult(,~’, p)
d’unfeuilletage
.~’(saturé
ounon):
mult
(.F, 0)
=min(mult (.~’, 0)
+1, ordo(xa
+yb) - 1),
elle vaut mult
(.~’, p)
+ 1 dans le casdicritique
et mult(.~, p)
autrement.2)
Le nombre de Milnor d’unfeuilletage
saturé .~:3)
L’indice ind(,~’, S, p)
d’une courbe lisse invariante(S, p)
parrapport
àun
feuilletage
saturé .~’([C-LN-S]
p 152 et(avec
un autresymbole)
p159) :
(ne
pas confondre avec l’indice de[C-S][Ca], qui
sera utiliséimplicitement
dans la
proposition 5.)
4)
L’ordretangent S, p)
d’une courbe lisse non invariante(S, p)
par
rapport
à unfeuilletage
saturé .~’( [C-LN-S]
p167) :
Un
feuilletage
sur une variétéMo
de dimension 2 est localement défini par des formesholomorphes
modulomultiplication
par desunités,
ainsi quesa saturation.
Regardons
unfeuilletage
saturé surM0.
L’ensembledes
points singuliers
de est discret. SoitEi :
:l’éclatement d’un
point
po avec diviseurexceptionnel Di.
L’éclatement in- duit unfeuilletage
non saturé surM1;
sa saturation estdésignée
par SiDi
n’est pas une courbe invariante de il estappelé dicritique (comparer
avecl)b)).
La transformée stricte dansM1
d’une courbe lisse S cA.lo passant
par po est aussiappelée
S. Soit 03BD1 := mult(J’o, po) .
LEMME 1
([C-LN-S], [M-M]) i)
Pour q CD1 - Sing
iii)
SiDi
n’est pasdicritique,
alorsiv)
SiDi
estdicritique,
alorsv)
Pour une courbe lisse invariante S cpassant
par po on avi)
Pour une courbe lisse non invariante S cMo passant
par po on aPreuve.
2014 i)
etii) [M-M]
pp513+514; iii) [C-LN-S]
p160; iv) [C-LN-S]
p
172; v)
pourDi
nondicritique
on le trouveimplicitement
dans[C-LN-S]
pp
160+161,
pourDi quelconque
onpeut
le voir sans difficulté avec les notations et calculs de[M-M]
pp513+514; vi) [C-LN-S]
p 168. 0Regardons
une suite d’éclatements :Dk)
-~Le diviseur
DZ
CMi
deEi
sera identifié avec sa transformée stricte dansMk
parEi+1
0 ... oEk
pour k >i;
Naturellement on demande que E -
1).
. Le saturé dufeuilletage
sur
Mk
estdésigné
parLa suite
s’appelle
réduction luxueuse de si elle vérifie les conditionsi)
etii)
de[C-LN-S] (p 167)
et aussiiii) :
i)
toutes lessingularités
dansSing
nD(h)
sontréduites ;
ii)
tous lespoints q
EDi
sur lescomposantes dicritiques Di
CMh
satisfontDi, q)
- 0(alors Di
nSing
-~,
et lesfeuilles sont transverses aux
composantes dicritiques Di
C ;iii)
dansMh
les composantesdicritiques
ne s’intersectent pas.Il y a une réduction luxueuse
minimale, unique
modulo certainschange-
ments de l’ordre des éclatements
(voir [C-LN-S]
Ch.II, App.
1 et lesréférences dans
[C-LN-S] [M-M]).
Mais ici onregarde
aussi des réductions luxueusesqui
ne sont pas minimales.Soit
(à
comparer avec le lemme 1i))
P ( i )
:={j Dj
Cdésigne
les"parents"
deD~.
.:
~ j
k~ i ~ j, DZ
nD~ ~ ~
dansdésigne
les "voisins" deDi
dans
Mk.
Si est donné localement autour par une forme saturée1Jk-1, alors on
peut
choisir des coordonnées locales centrées telles que lefeuilletage
non saturéE(k - 1 ) *.~’o
soit donné par la formePar
conséquent
on atoujours
Enfin on a besoin des
poids
descomposantes Di ([C-LN-S]
p159) :
Maintenant on a toutes les données et relations initiales
qu’il
faut et onpeut
obtenirplusieurs
formules par récurrence.Dans le cas d’une
singularité
isolée de courbef
:(~.To, po) --~ ((C, 0)
lediviseur
est
équivalent
au diviseur( f
o pour t~ 0,
et il a l’indice d’inter-section 0 avec tous les
D2,
ix k.
Les formules(12)
et(13)
du lemmesuivant
généralisent
cela.DZ) désigne
l’indice d’auto-intersection deDi
dans .LEMME 2.2014 Dans
Mk
on a pourchaque composante Di (i l~)
:pour
Di
nondicritique
:pour
Di dicritique
:Preuve. 2014 Récurrence sur k. Il faut
regarder
les différences des formulespour
et k - 1 etdistinguer
les cas i = k et i k.(11)
résulte de(10), (12)
de
(3)+(5)+(9), (13)
de(4)+(6)+(9).
oExemples.
Onregarde
deux casparticuliers
del’exemple iii)
dans[C-LN-S]
p 166. Lefeuilletage
sur _(~2, 0)
est donné par la formeoù
P(z)
EC[z]
est unpolynôme
dedegré
4. Pour lepremier
éclatement on a besoin que de la carte(xl, tl)
~(x1,x1t1)
_(x, y)
et on obtientLa
première composante exceptionnelle Di
est la seulequi
estdicritique.
Iln’y
a pas de selle-n0153ud. On a mult(Fo, o)
= 5 etMais la réduction luxueuse
dépend
desmultiplicités
des zéros deP(z).
.Premier
exemple. P(z)
=z2(z2 - 1).
Une réduction luxueuse avec h = 8 est
indiquée
par lediagramme
sui-vant.
Les
segments
courtsindiquent
lesséparatrices isolées, qui
intersectentD(~), et quelques-unes
desséparatrices
par lacomposante dicritique Di.
Lesnombres et dans la table suivante seront définis dans les Théorèmes 3 et 4.
Formules pour la multiplicité et le nombre de Milnor d’un feuilletage sur
(~2, 0)
Le
polynôme
du Théorème 4d)+e)
est ici~~,
dénote lepolynôme cyclotomique
des racinesprimitives
d’ordre k.Les formules suivantes des
couples spectraux
ne sont quespéculation!
Pour la définition difficile il faut comparer la remarque à la fin avec
[S-S-S]
Ch. 2.
Deuxième
exemple. - P(z)
=z(z
+2)(z2 - 1).
On obtient une réduction luxueuse avec h = 9.
(fin
desexemples).
Camacho,
Lins Neto et Sad donnent dans[C-LN-S] (Théorème 1)
uneformule pour mult dans le cas sans
composante dicritique.
Lapartie
a)
du théorème 3 est unegénéralisation
pour lesfeuilletages
saturésquel-
conques
Fo
sur(Mo, Po).
.THÉORÈME
3. -a)
Pourchaque
k =1,
..., h on aici.
pourDi
nondicritique,
est: :et pour
DZ dicritique
:b)
Si est une réduction luxueuse de le nombre(pour 03C1 ~ N quelconque )
nechange
pas par un autre éclatement.Alors l’élément
est
indépendant
du choix de la réduction luxueuse dePo)
.c) (fC-LN-SJ
Théorème3;
p.163)
Si(J’o, po)
est unfeuilletage
sanscomposantes dicritiques
et sans selle-n0153uds surM0,
le nombre 03A3i:03C1i=03C1~(h)i
est le nombre de
séparatrices
de(J’o, po); qui
ont lamultiplicité
pcomme
singularités
de courbes.d) Chaque cornposante Dz
nondicritique satisfait ~(k)i
0.e)
Si h à 2 et2 x
k xh,
on a lesinégalités
Preuve.
a)
Onpeut
réécrire les avec(12)
et(13),
telsqu’ils
necontiennent
plus
"ind" et"tan",
maisDi).
Dans la somme onpeut
éliminer cesDi)
avec(11)
et on obtientb)
Si on éclate dansMh
unpoint
d’intersectionDi
nDj
à un diviseurD/,+i (toujours
nondicritique),
alors~(h+1)h+1
= 0 et~(h)i
=~(h+1)i, ~(h)j
=Si on éclate un
point qui
n’est que dansDi,
alors ph+i == pi et~(h+1)i
+ ~(h+1)h+1
= ~(h)i.c)
On fixe uneséparatrice
avecmultiplicité p
commesingularité
decourbe. On
peut regarder
comme réduction de cetteséparatrice
et
appliquer ( 14) .
La transformée stricte de laséparatrice
n’intersectequ’une composante Di.
Onobtient ~~~)
= 0pour j ~
i et =l, alors Pi
= p.d)
Tous lespoints Di
nDj
aveci, j
eI(h)
ont indD2, Di
nDj)
> 1.e) (12)
et(13)
donnenton
regarde
la différencepour k
et k - 1 et onapplique (9),
En discutant les différents cas on voit que c’est
toujours ~
0. Dans le casgénéral l’inégalité ~Z ~ih> > 1 + résultera
du théorème 4f )-E-g).
Dansle cas non
dicritique (J(h)
==0)
elle résultedéjà
de(14)
et de lapartie d)
2 >
0. 0A’Campo
donne dans[A’C]
une formule pour lepolynôme caractéristique
de la monodromie d’une
singularité
isolée d’une courbeplane,
avec desdonnées
provenant
d’une réduction. Ledegré
donne une formule pour le nombre de Milnor. Lapartie b)
du théorème suivantgénéralise
cette for-mule pour le cas d’un
feuilletage quelconque
comme ci-dessus. Pour cela onétablit dans la
partie a)
une formulequi
est vraie pourchaque
pas d’unesuite d’éclatements En
généralisant
la formuled’A’Campo
onpeut
définir une fonctionrationnelle; d’après
lapartie e)
celle-ci est tou-jours
unpolynôme.
THÉORÈME
4. -a)
Pourchaque
k =1,
..., h on aici
est,
pourDi
nondicritique,
et pour
Di dicritique
est le nombre des
composantes
connexes deDi
CMk,
c.à.d.b)
Si est une réduction luxueuse de alors-2-f-e~h~ _
0 pour i E
J(h)
etici est l’ensemble des selle-n0153uds dans
Sing (Fh)
nD ( h )
;qui
n’ontpas une
séparatrice holomorphe
avec valeur propre 0 ou pourlesquels
cetteséparatrice
n’est pas contenue dans le diviseurD{h)
.c)
L’élémentest
indépendant
du choix de la réduction luxueuse.d)
Lafonction
rationnellea une
unique décomposition
enfacteurs
-1);
et lecoefficient
de[m]
dans l’élément de
c)
est lamultiplicité
dufacteur
-1)
dans(t).
e)
Cettefonction (t)
est unpolynôme
dans7~~t~
.f)
Lamultiplicité
dufacteur (t-1)
dans est1-~-~2(-2-I-e~h~)
>~
~
g)
Pourchaque
k =1,
..., h on aRemarque.
Dans le cas d’unesingularité
isolée de courbeplane
lepolynôme (t)
est lepolynôme caractéristique
de la monodromie~A’C~.
On ne sait pas, si le
polynôme
a unesignification comparable
pour des feuil-letages quelconques,
ni si l’onpeut ajouter
unepartie appropriée
pour unpoint
q Epeut-être
Preuve du théorème
l~. a) (22)
résulte par récurrence de(2).
Il resteà prouver
(23).
Onpeut
réécrire les avec(12)
et(13),
telsqu’ils
necontiennent
plus
"ind" et"tan",
maisDi).
Enchangeant
l’ordre des termes des sommes, on obtientOn voit facilement avec
(9),
que la différence des termes pour k et k - 1 estjustement
v~ -1 )
.b)
Si est une réductionluxueuse,
alors_ ~ J(h) ) et
_2 pour i E
J(h).
. Pour un selle-noeud q ED(h)
- , laséparatrice
associée à la valeur propre 0 est un diviseur
Di
et satisfait indD2, q)
_q).
Legraphe
de la réduction est un arbre. Avec ces faits on déduit facilement(26)
de(22)
et(23).
c)
Semblable au théorème 3b).
d) Simple.
e)+f) Après
laproposition
5.g) L’équation
résulte de la définition dee~~~ et ~~~~
et du faitque le
graphe
de la réduction est un arbre.L’inégalité
résulte def)
et de
(18).
0Pour la preuve du théorème 4
e)+f)
on a besoin d’une variante des résultatsprincipaux
de[C-S][Ca]. Regardons
une réduction luxueuse pour unfeuilletage
sur(.~~To, po)
comme ci-dessus. Le résultatprincipal
de[C-S]
est l’existence d’uneséparatrice (S, p)
deavec p e
D(h),
S~ D(h),
dans le cas nondicritique.
LaProposition
5 en estune
petite généralisation
pour le casdicritique.
Onregarde
ladécomposition
de l’union des
composantes
nondicritiques
encomposantes
connexesCa,
PROPOSITION 5. - Pour
chaque composante C03B1
il y a au moins uneséparatrice (,S’a, qa)
de avec qa ECa,
,~ D(h).
Preuve. Le
graphe
de lacomposante Ca
est un arbre et la restriction de la forme d’intersection à ce dernier est définienégative.
Un résultat de[Ca]
dit que dans cette situation il existe uneséparatrice (,S’a, qa)
avec qa ECa, S03B1 ~ Ca.
On aSa et D(h) à
cause de la conditionii)
d’une réduction luxueuse.(Avec
un résultat de Grauert Camacho obtient le résultatprincipal
de
~Ca~ :
le germe(V, p)
de surface àsingularité
normale avec unfeuilletage
lisse sur V -
~0~
contient uneséparatrice (S, p)
c(Y, p),
si legraphe
d’unerésolution de
(V, p)
est unarbre. )
aPreuve du théorème
.~ e) +f )
e)
On fixe Il faut prouver + +e~h~)
> 0.On
regarde
ladécomposition
de l’union descomposantes Di
nondicritiques
avec + 1 en
composantes
connexesC- ,
Le
graphe
d’unC~ ~
est un arbre. Avec(24)
on obtient l’estimationet on a
l’égalité,
si et seulement si(34)
et(35)
sontsatisfaites,
Fixons
(3
et supposons que(-2
+ 0.Alors
C(m)03B2 | Dj n C(m)03B2 ~ }| 1 et = 1 seulement si (34)
et
(34)
et(35)
sont satisfaites.Assertion. Il existe un
Ca
avec= Ca
.Dans le cas contraire on aurait une
composante
nondicritique Di
avec-
~
~~ D~
n~ Q~ ~ .
Avec(35)
et(12)
on obtiendraitm|mi
+ 1 etDi
C cequi
est une contradiction.(0)
Alors
Cm)
~ =Ca
pour un a. A cause de laproposition 5,
la condition(35)
n’est pas satisfaite pourCa
.L’inégalité (33)
est stricte. On obtient03A3Di~C03B1 (-2-e(h)i)
_ -1 etCa
=D(h).
Il existe exactement unesingularité
p E
Sing (.~’h ) nD(h)
avecp ri. Di nDj; elle
satisfait ind(,~h, Di, p)
= 1.Encore une fois avec
(12)
on obtient c.à.d. m = 1.Conclusion. Pour m > 1 on a
(-2
+e(h)i)
0 pour tous lescomposantes C~ ~; pour m == 1 on a 1 + ~i(-2
+ e~h~) >
0.
f)
SoitJ(h) 7~ 0.
A cause de laproposition 5, l’inégalité (33)
est strictepour
chaque Ca
=C~1~,
alorsRemarque
sur lescouples spectraux.
Il existe un rafhnement de la for- mule d’A’Campo
pour lepolynôme caractéristique
d’une monodromie d’unesingularité
isolée d’une courbeplane. Schrauwen,
Steenbrink et Stevens don- nent dans[S-S-S] (Théorème 2.1)
une formule pour lescouples spectraux
d’unesingularité (isolée
ounon)
de courbe. Ces sont descouples dans Q
x Zavec
multiplicités, auxquels
on associe un élémentSpp
=Spp(a, w)
.(a, w)
dans x7~~ "-_~ ~g : : Q
x(7~-~0~) ~ oo~.
Ils viennent de la structure deHodge
mixte et de la monodromie surH* (fibre
deMilnor).
Les nombres sont des valeurs propres de la
monodromie,
les nombresw viennent de la filtration par le
poids. Spp
satisfaitet la
symétrie
Dans le cas des
singularités
isolées de courbes on aet de
plus
lasymétrie
Dans
[S-S-S] (2.1) Spp
est déterminé par legraphe
de la réduction etpar les
multiplicités,
avec contributions descomposantes exceptionnelles,
des arêtes entre ces
composantes
et des arêtes de la transformée stricte.La
partie
d’unecomposante Di
et les moitiés desparties
des arêtes deDi correspondent
au facteur1)-2+e~h~
dans(28).
Dans le cas d’une
singularité
non isolée les contributionsqui
brisent lasymétrie (39)
sont exactement les contributions des arêtes descomposantes
de la transformée stricte demultiplicité
> 1.La preuve fait usage des résultats difficiles de Steenbrink sur les struc- tures de
Hodge
mixtes desingularités.
Mais dans le cas desingularités
isoléesil y a une
interpretation
un peuplus simple. D’après [S-S-S]
lescouples spectraux
sontéquivalents
à la forme de Seifert réelle. Du Bois et Hunault[DH]
ont donné unsystème
d’invariantscomplet
pour la forme de Seifert rationnelle avec les données d’une réduction.A la vue de
(26)
et(28)
onpeut spéculer
sur desgénéralisations
deSpp
pour les
feuilletages.
Il n’est pas clair de voir la contribution des selle-noeuds p Ele
choixs’arrange
avec(30),(36)
et lessymétries (37),(39) ;
les choixs’arrangent
avec(31),(36)
et lasymétrie (37).
Pour la contribution de
(28)
onapplique
les formules de[S-S-S] (Théorème (2.1))
enremplaçant
lesmultiplicités
dans[S-S-S]
Ch. 2 par les nombres mi + 1 pour i EI(h)
et mi pour i GJ(h).
Dans cette
façon
on obtient unSpp2 ~ No[Q x Z]
avec les deuxsymétries (37)
et(39)
dans le cas sanscomposante dicritique.
Dans le cas avec
composantes dicritiques
celles-ci ne devraient pas con- tribuer directement(seulement
par leur influence aux formules des autrescomposantes
et desarêtes).
Onpourrait
traiter les arêtes descomposantes dicritiques
comme on traite les arêtes descomposantes
de la transformée stricte avecmultiplicités
> 1 dans le cas dessingularités
non isolées. On obtient un ~non seulement de
Z[Q
xZ],
maisNo[Q
xZ] (c’est
unraffinement du théorème 4
e))
avec lasymétrie (37).
Si on veut traiter les- 670 -
arêtes des
composantes dicritiques
comme les autresarêtes,
il faut pren- dre la moitié de la formule et on obtient un E~No[Q
xZ]
avec lessymétries (37)
et(39).
Mais naturellement tout cela n’est quespéculation.
Bibliographie
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