• Aucun résultat trouvé

Sur le codage du flot géodésique dans un arbre

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Partager "Sur le codage du flot géodésique dans un arbre"

Copied!
42
0
0

Texte intégral

(1)

HAL Id: hal-00014071

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00014071

Preprint submitted on 18 Nov 2005

HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

Sur le codage du flot géodésique dans un arbre

Anne Broise, Frédéric Paulin

To cite this version:

Anne Broise, Frédéric Paulin. Sur le codage du flot géodésique dans un arbre. 2005. �hal-00014071�

(2)

ccsd-00014071, version 1 - 18 Nov 2005

Anne Broise-Alamihel Frédéri Paulin

Laboratoire deMathématique UMR8628 CNRS

Equipe deTopologieetDynamique (Bât.425)

Université Paris-Sud

91405ORSAYCedex, FRANCE.

e-mail : Anne.Broisemath.u-psud.fr

Département de MathématiqueetAppliations, UMR 8553 CNRS

Eole NormaleSupérieure

45 rued'Ulm

75230PARIS Cedex05,FRANCE

e-mail : Frederi.Paulinens.fr

Résumé

Étant donné un arbre T et un groupe Γ d'automorphismesde T, nous étudions les

propriétésmarkoviennesduotgéodésiquesurlequotientdel'espaedesgéodésiques

de T parΓ.Parexemple,quandT estl'arbredeBruhat-Titsd'ungroupealgébrique linéaireonnexesemi-simpleGde rang1audessusd'unorpsloalnonarhimédien Kb etsi Γest réseau(éventuellement non uniforme)dans G(Kb), nous montronsque

l'ation des puissanes paires de la transformation géodésique est Bernoulli d'en-

tropie nie. Sous des hypothèses générales bénignes, nous montrons que si le ot

géodésique est mélangeant pour une mesure de probabilité de Patterson-Sullivan-

Bowen-Margulis, alors il est lâhementBernoulli.

Abstrat

Given a tree T and a group Γ of automorphisms of T, we study the markovian

properties of the geodesi ow onthe quotient by Γ of the spae of geodesis of T.

For instane, when T is the Bruhat-Tits tree of a semi-simple onneted algebrai group G of rank one over a non arhimedian loal eld Kb, and Γ is a (possibly

non uniform) lattie in G(K)b , we prove that the type preserving geodesi ow is

Bernoulli with nite entropy. Under some mild assumptions, we prove that if the

quotientgeodesiowismixingforaprobabilityPatterson-Sullivan-Bowen-Margulis

measure, then it is looselyBernoulli.

1

1

AMS odes : 20G25, 20E 08,37 A25. Keywords : groupationson trees,Bruhat-Tits

trees,geodesiow,oding,Bernoullishifts.

(3)

Soit T un arbre loalementni, Γ un sous-groupe disret d'automorphismes de

T,GT l'espae des géodésiquesde T (i.e. des isométriesℓ:R→T d'origineℓ(0)un

sommet de T), et ϕe : GT → GT la transformation géodésique sur GT, dénie par ℓ 7→ {t7→ℓ(t+ 1)}.

Lebut deet artileestd'étudierladynamiquesymboliquede latransformation

géodésiquequotientϕ : Γ\GT →Γ\GT de ϕe,pourobtenirdespropriétésergodiques

plus nes que elles obtenues dans [BM, Rob℄. Il ne s'agit pas de se restreindre au

asΓestunréseauuniforme,quiest bienonnuetbienplusélémentaire(voirpar exemple les référenes [Coo, CP ℄, qui s'intéressent au as plus général des groupes

hyperboliques).Nousnousintéressonsauontraireauasdesréseauxnonuniformes

(voirlelivre[BL ℄pour avoirune idéede larihessedes exemples); en généralonne

peut pas sedébarasser de la torsionpar passage àun sous-groupe d'indieni, ei

est unproblèmeruialen equionerneleodage.Ensupposantquelamesurede

Patterson-Sullivanne harge paslesensemblesde pointsxes d'élémentselliptiques

non triviaux, un premierrésultatde odage (voir paragraphe4) est lesuivant (voir

paragraphe 2 pour des rappelsde dénitions),

Théorème 1.1 Soit µeBM unemesurede (Patterson-Sullivan)-Bowen-Margulispour

Γ surGT.Supposonsquelesystème dynamiquemesuré quotient de(GT,ϕ,e eµBM) par Γ soit de probabilité et mélangeant. Alors il est lâhement Bernoulli.

Voir [BM , Rob℄ (ou le paragraphe 3) pour de grandes lasses d'exemples

les onditions de nitude de la mesure et de mélange sont vériées. Dans le adre

algébrique, nous amélioronsenore e résultat,de la manièresuivante.

Soit Kb un orps loal, G un groupe algébrique linéaire onnexe semi-simple, déni sur e orps, S un tore Kb-déployé maximal, et Γ un réseau de G = G(K)b .

Les propriétés dynamiques et ergodiques de l'ation de S =S(K)b par translations à droite sur l'espae quotient Γ\G font atuellement l'objet de nombreuses études (voirpar exemple [Mar1, Zim, Mar2, Tom, LW℄).Nous nous intéresserons dans et

artile au as S est de Kb-rang 1 et Kb est non arhimédien, surtout dans la situation peu étudiée Γ est non uniforme (l'existene d'un tel Γ implique que Kb est isomorphe à un orps de séries formelles de Laurent sur un orps ni). Pour Kb = Fq((X−1)), G = PGL2, S le sous-groupe diagonal et Γ = PGL2(Fq[X]), la

situationa été omplètement dérite dans [BP℄,en termes arithmétiques.

SiM est lesous-groupeompat maximal de S,ilrevientpresqu'au même(voir

par exemple[Moz , LP℄)d'étudier l'ation par translations àdroite du groupe S/M

sur l'espae Γ\G/M. Celle-i s'interprète en termes d'ations de groupes sur des arbres,delamanièresuivante.SoitTl'arbredeBruhat-Tits[BT ℄de(G,K)b (biparti,

de sommets bleus ou verts). Alors G agit transitivement (par translation au but) sur lesous-espaeG0Tde GTformédes géodésiquesd'origineunsommetvert,etM

est le stabilisateurd'un pointde G0T.L'ation à droite de S/M, quiest isomorphe

à Z, sur G/M, qui s'identie à G0T, orrespond à l'ation des puissanes paires de

(4)

LorsqueΓest uniforme,ilestonnu(voirparexemple[CP ℄)quel'ationde S/M

sur Γ\G/M est Bernoulli pour lamesurenaturellesur Γ\G/M venant de lamesure

de Haar sur G (voir par exemple [HK℄ pour les dénitions et rappels de théorie

ergodique). Nousgénéralisons e résultatauas non uniforme.

Théorème 1.2 Pour toutréseau Γ deG=G(K)b , l'ationpar translations àdroite de S/M sur Γ\G/M est Bernoulli d'entropienie.

Nous montrons en fait un résultat (voir le théorème 5.1) valable pour de nom-

breux sous-groupes géométriquement nis d'automorphismes d'arbres loalement

nis au sens de [Rob, Pau ℄.

Plusgénéralement,étant donnéun arbreT etun sous-grouped'automorphismes

Γ de T, nous nous intéresserons auodage du ot géodésique sur Γ\GT. Nousdon-

nonsdans lapartie6desodagesintrinsèques,ausensilsn'utilisentquelastru-

ture de graphe de groupes quotient (au sens de [Ser ℄) de T par Γ. Les propriétés

anoniques de ette onstrution devraient être utiles (voir par exemple [LP ℄). Ces

odages markoviens(sur des alphabets éventuellement innis)sont obtenus pour le

as d'ations k-aylindriques au sens de Sela [Sel℄ de n'importe quel groupe Γ sur

n'importequelarbre simpliialT (en partiuliersans supposer T loalementni,et

sans supposer nis lesstabilisateurs de sommetsdans Γ), voirle théorème 6.5.

Les réseaux non uniformes du théorème 1.2 n'agissent pas de manière aylin-

driquesurleurarbredeBruhat-Tits,maisnousmontronsdanslapartie6.2omment

modier es ations pour les rendre aylindriques. En partiulier, l'ation modiée

de l'ationde PGL2(Fq[X]) sur l'arbre de Bruhat-Titsde (PGL2,Fq((X−1))) est 5-

aylindrique,etdonnelieuàun odagepar laméthode générale, quiest trèsprohe

du odage partiulier obtenudans [BP ℄.

La partie 6 de et artile a été érite avant la partie 4.1 de [Pau ℄, le seond

auteurétudie d'autres propriétésdynamiques du otgéodésique sur un arbre,et en

partiulierertainsargumentsdelapartie4.1de [Pau ℄ontété inspirésdeeux dela

partie6,etpas inversement.Ilfautremarquerquelorsquel'on autorisede latorsion

dans les réseaux, le ot géodésique n'est pas a priori markovien.C'est préisément

pour obtenir un aratère markovien (et don un odage par une dynamique sym-

bolique) que nous avons introduit un ot géodésique d'ordre k sur un arbre dans

la partie6.

Remeriements : Nous remerions J.-P. Thouvenot pour son aide préieuse, en partiu-

lier onernant les référenes, ainsi que S. Mozes et F. Ledrappier. Nous remerions le

rapporteur anonyme d'uneversionpréédentede etartile,ertains deses ommentaires

nousont permis de démontrer lethéorème1.1.

2 Notations et rappels

Nousrenvoyons à[Ser ,Coo,Pau ,Rob℄pour des preuvesetomplémentsoner-

nantettepartie. Pour touteationd'ungroupeΓsur un ensemble, nousnotonsΓx

lestabilisateur d'unpoint x. Parbouled'un espaemétrique,nous entendons boule

fermée.

(5)

Si X est un graphe, on note V X l'ensemble de ses sommets et EX l'ensemble

de ses arêtes. Pour toute arête e, on désigne par o(e) son sommet origine, t(e) son

sommet terminal et e son arête opposée. Les longueurs d'arêtes (des réalisations géométriques) sont supposées égales à 1.

Onappellegraphe degroupes, etonnote(X, G),ladonnée des objetssuivants:

un grapheX (supposé onnexe dans lasuite);

pour tout sommetv de X, un groupe Gv;

pour toutearête e de X,un groupe Ge, telque Ge=Ge;

pour toutearête e de X,un morphisme injetifρe :Ge →Gt(e).

Par exemple, si Γ est un groupe d'automorphismes (sans inversion) d'un arbre

T,alors legrapheX = Γ\T est muni d'unestruturede graphede groupes, appelée

graphe de groupes quotient et notée Γ\\T. On proède ainsi pour la onstruire. On

xeunrelevéev dansT de haquesommetvde X,unrelevéeedansT dehaquearête e de X, onimpose queee=ee etonxe un élémentge de Γ telqueget(e) =g t(ee). On

dénitalorsGe etGv ommelesxateursdansΓde eeetev.Alorsρe:Ge →Gt(e) est

dénie omme la restrition à Ge de la onjugaison par ge−1. Le graphe de groupes

quotientΓ\\T nedépendpasisomorphismedegraphesdegroupesprès),duhoix des ee, ev et ge (voir [Ser ℄ pour tout omplément). Si T est loalement ni et Γ est

disret, alors lesgroupesGe etGv sont nis. Side plus Γ\T est ni, alors Γ\\T est

un graphe(onnexe) ni de groupesnis.

SoitT unarbresimpliial,munidesatopologiefaible.L'espaedesgéodésiquesde

T est l'espaeGT des appliationssimpliialesinjetives de Rdans T (ave Rmuni

de sa struture simpliialeusuelle d'ensemblede sommets Z),muni de latopologie

ompate-ouverte.CommeT estunarbre,laonditiond'injetivitéestéquivalenteà la ondition d'injetivité loale. Notons Aut(T)son groupe d'automorphismes sans inversion. Il est loalement ompat pour la topologie ompate-ouverte si T est

loalementni.

Le groupe Z agit sur GT par translations à la soure (n, f) 7→ {x 7→ f(x+ n)}.Le groupe Aut(T) agit par homéomorphismes sur GT par omposition au but (γ, f) 7→ {x 7→ γf(x)}. Ces deux ations ommutent. Appelons transformation géodésique sur GT l'appliation ϕe : GT → GT dénie par ℓ 7→ {t 7→ ℓ(t + 1)}.

Appelons renversement du temps sur GT l'appliation eτ : GT → GT dénie par ℓ 7→ {t7→ℓ(−t)}.

Soit Γ un sous-groupe de Aut(T). On munit les quotients Γ\T et Γ\GT de la

topologie quotient. On note π : T → Γ\T et π : GT → Γ\GT les projetions

anoniques. L'appliation ϕe induit une appliation ontinue ϕ : Γ\GT → Γ\GT,

aussi appelée la transformation géodésique sur Γ\GT. L'appliationinduit une

appliation τ : Γ\GT → Γ\GT, que nous appelerons renversement du temps sur

Γ\GT.

(6)

Soit T un arbre loalementni. Notons T ∪∂T la ompatiationpar l'espae des bouts de T, et2T le produit ∂T ×∂T privé de sa diagonale. Rappelons que

toute arêtee de T dénit unepartitionen deux partieseT etceT de ∂T, de sorte

que toute droitegéodésique d'originedanseT etd'extrémité dans

ceT parourt e

suivantl'orientationde e.NousdironsqueT est uniformes'ilexiste un sous-groupe disret dans Aut(T) telque le grapheΓ\T soit ni. Par exemple, un arbre régulier

ou bi-régulier est uniforme.

Notonsx0 un point basede T. L'entropievolumique de T,qui ne dépend pas de x0, est

δT = lim sup

n→∞

1

nlog Card(B(x0, n)∩V T).

Soit Γ un sous-groupe disret de Aut(T). En partiulier, l'ation de Γ sur GT

est proprementdisontinue (mais pasforémentlibreen général),etdon Γ\GT est

loalementompat.

Le groupe Γ est dit non élémentaire s'il ne préserve ni point ni paire de points de T ∪∂T. Ilexiste alors un unique pluspetitsous-arbre Γ-invariantnon vide,noté TΓ,min.

On appellerayon uspidal de groupes un graphede groupesnis (R, G)ave R

un rayon,de suitedesarêtesonséutives(en)n∈NorientéesversleboutdeR,telque

pourtoutn dansN− {0},lemorphismeGen →Go(en) soitsurjetif.LegroupeΓ est

ditgéométriquementni s'ilest non élémentaire etsile graphede groupes quotient

Γ\\TΓ,minestréuniond'ungraphenidegroupesniset,reollésenleursextrémités, d'unnombre nide rayons uspidauxdegroupes.Voir[Pau ℄pour l'équivaleneave

la dénition dynamiqueusuelle (ommedans [Rob℄),et des développements.

Nousrenvoyons parexempleà[BH℄pourladénitiondeshoroboules(ferméespar

défaut) dans un espae métrique géodésique CAT(0). Comme montré dans [Pau℄,

la préimage des rayons uspidaux maximaux dans TΓ,min forme alors une famille

disjointe Γ-invariante maximale d'horoboules ouvertes. Les points à l'innis de es horoboules, qui sont don les extrémitésdes rayons géodésiques relevant les rayons

uspidaux, seront appelés les points paraboliques bornés de Γ (voir [Rob, Pau℄ pour

l'expliationdynamique).

Par exemple, soit Kb un orps loal non arhimédien, G un groupe algébrique

linéaire onnexe semi-simple sur Kb, de Kb-rang 1. Soit Γ un réseau de G =G(K)b .

Soit T l'arbre de Bruhat-Tits de (G,K)b . Alors, par un théorème de A. Lubotzky

[Lub ℄, l'ation de Γ sur T est géométriquement nie etT =TΓ,min.

SoitΓunsous-groupegéométriquementnideAut(T).NousdironsqueΓpossède

la propriété de Selbergs'il admetun sous-grouped'indie ni, dont tout élément de

torsionest onjuguéàun élémentdu grouped'unsommetintérieurd'unsous-rayon

uspidaldeΓ\\T.Parexemple,'estvraisiΓ\\T n'apasdesous-rayonuspidal(voir

[Ser ℄).ParlelemmedeSelberg[Alp℄,'est aussivraipour Γun réseaude G=G(K)b

agissantsurl'arbredeBruhat-Titsde(G,K)b ,aveKb unorpsloalnonarhimédien

(7)

et G un groupe algébrique linéaireonnexe semi-simple sur Kb, de Kb-rang 1. Cette

propriété est aussi vériée si tout stabilisateur de point parabolique borné dans Γ

est résiduellementni, ar onpeut alorsutiliser lerésultat susnomméde [Ser ℄ pour

enleverla torsionsur legrapheprivéde ses rayons uspidaux, et reollerdes rayons

uspidauxorrespondantàdessous-groupesd'indienidesstabilisateursdepoints

paraboliquesbornés.Rappelonsqu'un groupeestrésiduellementnisil'intersetion

de ses sous-groupesd'indie ni est réduite àl'élémentneutre.

L'exposantritiqueδ=δΓ deΓ,quinedépendpasdex0,estl'élémentde[0,+∞]

tel quela série de Poinaré de Γ

P(s) = PΓ,x0(s) =X

γ∈Γ

e−sd(x0,γx0)

onverge pour s > δ etdiverge pour s < δ. Le groupe Γ est de type divergent si sa

série de Poinaré P(s)diverge pour s=δ.

Si Γ est de type divergent d'exposant ritique ni non nul, alors il existe (voir

[Coo℄)une famillex)x∈V T de mesures niessur ∂T, appelée mesure de Patterson-

Sullivan,unique à salaire multipliatifprès, de supports ∂TΓ,min, telle que

∀γ ∈Γ, γµxγx,

∀x, y ∈V T, ∀ξ∈∂T , x

y(ξ) = e−δβξ(x,y),

βξ(x, y) = d(x, z)−d(z, y) pour tout sommet z susamment prohe de ξ.

Pourtoutegéodésique,notons, ℓ+lespointsde∂T origineetextrémitéde.

L'appliationGT →∂2T ×Z, quiàassoie(ℓ, ℓ+, t)ave tladistane algébrique

surentre ℓ(0) et le point dele plus prohe de x0, est un homéomorphisme. Ce paramétragedépend dupointbasex0.SiΓestde typedivergentd'exposantritique

ni nonnul,ondénitune mesuremeBM surGT,appelée mesure deBowen-Margulis, par

dmeBM(ℓ, ℓ+, t) = dµx0(ℓ)dµx0(ℓ+)dt dx0(ℓ, ℓ+) ,

dx0 est ladistane sur ∂T déniepar dx0(ℓ, ℓ+) =e−u ave ulalongueurde l'in-

tersetiondes rayons géodésiquesissus dex0 onvergeantverset+.(L'originede

ette mesure remonte aussi auxtravauxde Patterson-Sullivan, mais nous préférons

donner des noms diérents à deux mesures diérentes, la mesure de Patterson-

Sullivanqui vitsur ∂T etelle de Bowen-Margulisqui vit sur GT.) Lamesure meBM

ne dépend pas de x0. Elle est invariante par la transformation géodésique sur GT

et par Γ. Elle induit don une mesure mBM sur Γ\GT, appelée mesure de Bowen-

MargulissurΓ\GT.LesupportdemBMestΓ\GTΓ,min.LorsqueΓestoompat,ette

mesure est lamesure d'entropie maximalepour ϕ (voir[CP , Kai, Bou℄).Lorsque T

est un arbre de Bruhat-Tits ommedans l'introdution,alors larestrition de meBM

à G0T (déni dans l'introdution) s'identie un salaire multipliatif près) ave l'image dans G/M de lamesure de Haarde G.

(8)

Lesrésultatsdeeparagraphedéoulentessentiellementderésultatsonnus(voir

[BM , Rob℄). En partiulier, lestrois premières assertions de laproposition suivante

déoulent du Corollary 6.5de [BM ℄, l'avant-dernière de la Proposition 7.3 de [BM℄

etladernièreassertion,en utilisantl'avantdernièreetlatroisième,déoulede [Rob℄

(adaptantdes idéesde [DOP ℄). Nousne donnons la preuve regroupée que par soui

de omplétude.

Proposition 3.1 Soit T un arbre loalementni et Γ un sous-groupe géométrique- ment ni de Aut(T). Si TΓ,min est uniforme, alors

δΓ est ni, non nul;

δΓTΓ,min;

Γ est de type divergent;

pour tout point parabolique borné ξ de ∂T et tout point y0 dans V T, il existe

une onstante c≥ 1 telle que 1c eΓ ≤ Card (B(y0,2n)∩Γξy0) ≤c eΓ pour

tout n dans N;

pour tout point parabolique borné ξ de ∂T, on a δΓξΓ/2;

la mesure de Bowen-Margulissur Γ\GT est nie.

Remarques. (1) L'hypothèse queTΓ,min est uniforme ne peut être omise. En eet,

pour tout n dans N, posons qn = 22n et Γn = (Z/2Z)qn. Notons que Γn s'injete

naturellement dans Γn+1. Considéronslegraphede groupessuivant (detype Nagao au sens de [BL℄), qui est géométriquement ni (et de volume ni) :

Γ1

Γ1

Γ1 Γ0

Γ2 Γ2

Γ3 Γn

Γn

Γn+1

Soit T le revêtement universel de e graphe de groupes (qui est un arbre non uni-

forme, ar de valenes non uniformément bornées) et Γ son groupe fondamental, pour des hoix indiérents de points bases (voir [Ser ℄). Si x0 est un sommet de T,

préimage del'originede e rayonde groupes,alors laboulede rayon2n etde entre x0 ontientau moins qn/qn−1−1 =qn−1−1 points,don

δΓ ≥lim sup

n→∞

1

2nlog(qn−1−1) = +∞,

et l'exposantritique de Γest inni.

(2)SoitT un arbre loalementni etΓ un sous-groupedisret de AutT.Alors δΓ ≤δT, ar

PΓ,x0(s) = (Card Γx0) X

y∈Γx0

e−sd(x0,y)≤(Card Γx0) X

y∈V T

e−sd(x0,y),

qui onverge si s > δT. Si Γ est non élémentaire, alors δΓ est non nul, ar alors Γ

ontient au moins un groupe libre de rang 2 de Shottky (voir par exemple [Lub℄).

Si les valenes de T sont uniformément bornées, disons par q+ 1, alors δΓ est ni,

ar δT ≤logq.

Références

Documents relatifs

but de cette confrontation est de nous éclairer si nos apports concordaient avec la théorie généralement validée, si certains aspects étaient discordants ou

Cette transformation est très rapide et donc sans incidence sur la cinétique de la transformation (1) si bien que l’on se contente de modéliser la transformation des ions iodure

Dans un premier temps, les projets qui s’intègrent dans la démarche de marketing territorial sont inventoriés afin d’être évalués dans le cadre de la mesure de la

Même si c ette tranche d’âge (14-18 ans) se caractérise par une plus grande variabilité glycémique liée principalement au comportement des jeunes diabétiques, la mesure en

Sur un mot fantôme dans Artus de Bretagne: le plus maistre du jour.. Glaliceur, Groupe de recherche sur la langue et la littérature françaises du centre et

Si chacun ressent la nécessité de s’engager activement dans cette transformation, en mesure l’impact sur les organisations et les cultures professionnelles, ses effets sont encore

Cette procédure tend à utiliser principalement une seule matrice et par conséquent semble plus avantageuse que la procédure habituelle de Ford-Fulkerson [2], du point de vue de

tés AC, AB ; le point o sera, d'après un théorème connu, le centre instantané de rotation pour la position actuelle de la figure 5 et si Ton abaisse o oc perpendiculaire sur CB,