ScalingStacks

2.4 Squelettes, degrés et tropicalisations [01NC]

Original official author HTML, exact retained edition. Historical TeX conversion verdicts remain unchanged. Cited-edition alignment and mathematical self-containment are not assessed.

Complete original source context · Original author HTML

2.4 Squelettes, degrés et tropicalisations

2.4.1 Squelettes et isogénies

Soit f:T→T′f\colon T\to T^{\prime} un morphisme affines et à fibres finies entre tores de même dimension nn  ; en d’autres termes, ff est composée d’une isogénie et d’une translation. Le morphisme ff est fini, plat et surjectif, et l’application affine ftropf_{\text{trop}} est bijective.

Soit x∈Tx\in T, soit dd la dimension tropicale de idT\operatorname{id}_{T} en xx, et soit δ\delta la dimension tropicale de idT′\operatorname{id}_{T^{\prime}} en f⁡(x)f(x).

Soit VV un voisinage affinoïde de xx dans TT tel que l’image VtropV_{\text{trop}} de VV dans TtropT_{\text{trop}} soit de dimension dd. Le polytope ftrop​(Vtrop)f_{\text{trop}}(V_{\text{trop}}) est de dimension dd, et coïncide avec f​(V)tropf(V)_{\text{trop}}.

Comme ff est fini et plat, il est ouvert, et f⁡(V)f(V) est donc un voisinage de f⁡(x)f(x). La dimension de f​(V)tropf(V)_{\text{trop}} est par conséquent supérieure ou égale à δ\delta  ; ainsi, d≥δd\geq\delta.

Soit WW un voisinage affinoïde de f⁡(x)f(x) dans T′T^{\prime} tel que WtropW_{\text{trop}} soit de dimension δ\delta. Comme ff est surjective, f−1​(W)f^{-1}(W) se surjecte sur WW et l’on a donc l’égalitéftrop​(f−1​(W)trop)=Wtropf_{\text{trop}}(f^{-1}(W)_{\text{trop}})=W_{\text{trop}}  ; il s’ensuit que f−1​(W)tropf^{-1}(W)_{\text{trop}} est de dimension δ\delta. Comme c’est un voisinage de xx, sa dimension est supérieure ou égale à dd  ; on a ainsi δ≥d\delta\geq d, d’où finalement l’égalité d=δd=\delta.

Il en résulte que d=nd=n si et seulement si δ=n\delta=n, c’est-à-dire que x∈S⁡(T)x\in S(T) si et seulement si f⁡(x)∈S⁡(T′)f(x)\in S(T^{\prime}). Autrement dit, S⁡(T)=f−1​(S⁡(T′))S(T)=f^{-1}(S(T^{\prime})).

On dispose dès lors d’un diagramme commutatif

    S⁡(T)       f                     S⁡(T′)              Ttrop       ftrop          Ttrop′    .\vbox{\lx@xy@svg{\hbox{\raise 0.0pt\hbox{\kern 14.19275pt\hbox{\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\hbox{\vtop{\halign{\entry@#!@&&\entry@@#!@\cr&\cr&\crcr}}}\ignorespaces{\hbox{\kern-13.85938pt\raise 0.0pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{\hbox{\kern 3.0pt\raise-2.5pt\hbox{$\textstyle{S(T)\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces}$}}}}}}}\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces{\hbox{\kern 13.85939pt\raise 0.0pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{$\textstyle{\hbox{}}$}}}}}{\hbox{\lx@xy@droprule}}\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces{\hbox{\kern 21.3854pt\raise 6.1111pt\hbox{{}\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{\hbox{\kern 3.0pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise-1.75pt\hbox{$\scriptstyle{f}$}}}\kern 3.0pt}}}}}}\ignorespaces{\hbox{\kern 38.19275pt\raise 0.0pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{$\textstyle{\hbox{\lx@xy@tip{1}\lx@xy@tip{-1}}}$}}}}}{\hbox{\lx@xy@droprule}}{\hbox{\lx@xy@droprule}}\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces{\hbox{\kern 0.0pt\raise-8.0pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{$\textstyle{\hbox{}}$}}}}}{\hbox{\lx@xy@droprule}}\ignorespaces{\hbox{\kern 0.0pt\raise-24.68451pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{$\textstyle{\hbox{\lx@xy@tip{1}\lx@xy@tip{-1}}}$}}}}}{\hbox{\lx@xy@droprule}}{\hbox{\lx@xy@droprule}}{\hbox{\kern 38.19275pt\raise 0.0pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{\hbox{\kern 3.0pt\raise-2.5pt\hbox{$\textstyle{S(T^{\prime})\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces}$}}}}}}}\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces{\hbox{\kern 53.45491pt\raise-8.0pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{$\textstyle{\hbox{}}$}}}}}{\hbox{\lx@xy@droprule}}\ignorespaces{\hbox{\kern 53.45491pt\raise-24.0pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{$\textstyle{\hbox{\lx@xy@tip{1}\lx@xy@tip{-1}}}$}}}}}{\hbox{\lx@xy@droprule}}{\hbox{\lx@xy@droprule}}{\hbox{\kern-14.19275pt\raise-32.01782pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{\hbox{\kern 3.0pt\raise-2.5pt\hbox{$\textstyle{T_{\text{trop}}\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces}$}}}}}}}\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces{\hbox{\kern 14.19275pt\raise-32.01782pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{$\textstyle{\hbox{}}$}}}}}{\hbox{\lx@xy@droprule}}\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces{\hbox{\kern 14.8506pt\raise-25.60117pt\hbox{{}\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{\hbox{\kern 3.0pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise-1.44444pt\hbox{$\scriptstyle{f_{\text{trop}}}$}}}\kern 3.0pt}}}}}}\ignorespaces{\hbox{\kern 39.26216pt\raise-32.01782pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{$\textstyle{\hbox{\lx@xy@tip{1}\lx@xy@tip{-1}}}$}}}}}{\hbox{\lx@xy@droprule}}{\hbox{\lx@xy@droprule}}{\hbox{\kern 39.26216pt\raise-32.01782pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{\hbox{\kern 3.0pt\raise-2.5pt\hbox{$\textstyle{T^{\prime}_{\text{trop}}}$}}}}}}}\ignorespaces\ignorespaces}}}}}.

Les flèches verticales et la flèche horizontale du bas étant une bijection affine, ff induit une bijection affine S⁡(T)≃S⁡(T′)S(T)\simeq S(T^{\prime}).

2.4.2 Morphisme finis et plats au-dessus d’un sous-ensemble du but

Commençons par quelques conventions de vocabulaire. Soit f:Y→Xf\colon Y\to X un morphisme entre espaces kk-analytiques et soit x∈Xx\in X. On dira que ff est fini et plat au-dessus de xx s’il existe un voisinage analytique VV de xx tel que f−1​(V)→Vf^{-1}(V)\to V soit fini et plat. On peut alors toujours choisir un tel VV connexe  ; le degré de f−1​(V)→Vf^{-1}(V)\to V ne dépend dès lors pas du choix de VV, et on l’appelle le degré de ff au-dessus de xx. Il s’ensuit que l’ensemble des points de XX au-dessus desquels ff est fini et plat est un ouvert, sur lequel le degré est localement constant.

Soit x∈Xx\in X un point au-dessus duquel ff est fini et plat, et soit VV un voisinage analytique de xx dans XX tel que f−1​(V)→Vf^{-1}(V)\to V soit fini et plat. Soit UU un ouvert de XX contenant f−1​(x)f^{-1}(x). Il existe un voisinage analytique WW de xx dans VV tel que f−1​(W)⊂f−1​(V)∩Uf^{-1}(W)\subset f^{-1}(V)\cap U, par propreté topologique de f−1​(V)→Vf^{-1}(V)\to V  ; par conséquent, f|Uf|_{U} est fini et plat au-dessus de xx, de même degré que Y→XY\to X.

Remarquons que ff est fini et plat de degré nul au-dessus de xx si et seulement si il existe un voisinage analytique VV de xx dans XX tel que f−1​(V)=∅f^{-1}(V)=\emptyset  ; c’est donc le cas si et seulement si x∉f⁡(Y)¯x\notin\overline{f(Y)}.

Soit Σ\Sigma un sous-ensemble de XX. On dira que ff est fini et plat au-dessus de Σ\Sigma s’il est fini et plat au-dessus de tout point de Σ\Sigma. Si c’est le cas et si Σ\Sigma est connexe et non vide, le degré de ff au-dessus au-dessus d’un point xx de Σ\Sigma ne dépend pas de xx et sera appelé le degré de ff au-dessus de Σ\Sigma.

Soit UU un ouvert de XX contenant f−1​(Σ)f^{-1}(\Sigma). En vertu de ce qui précède, si ff est fini et plat au-dessus de Σ\Sigma, il en va de même de f|Uf|_{U}, et dans le cas où Σ\Sigma est en plus connexe et non vide, le degré de f|Uf|_{U} au-dessus de Σ\Sigma est égal à celui de ff.

2.4.3 Un exemple

Soit XX un espace kk-analytique compact de dimension dd, soit TT un tore de dimension dd, et soit f:X→Tf\colon X\to T un morphisme. Soit t∈S⁡(T)t\in S(T).

La fibre f−1​(t)f^{-1}(t) est finie et purement de dimension nulle. En effet, soit x∈f−1​(t)x\in f^{-1}(t). On a d≥dk​(x)≥dk​(t)=dd\geq d_{k}(x)\geq d_{k}(t)=d. Par conséquent, dk​(x)=dk​(t)=dd_{k}(x)=d_{k}(t)=d, ce qui entraîne que dℋ⁡(t)​(x)=0d_{{\mathscr{H}}(t)}(x)=0  ; ainsi, f−1​(t)f^{-1}(t) est purement de dimension nulle. C’est alors un sous-ensemble fermé et discret, et partant fini, du compact XX.

Supposons que f−1​(t)∩∂X=∅f^{-1}(t)\cap\partial X=\emptyset. Le morphisme ff est alors fini et plat au-dessus de tt. En effet, soit x∈f−1​(t)x\in f^{-1}(t). Comme ff est de dimension nulle et sans bord en xx, elle est finie en xx ([8], cor. 3.1.10). Il existe donc un voisinage affinoïde VxV_{x} de xx dans XX et un voisinage affinoïde WxW_{x} de tt dans TT tels que ff induise un morphisme fini Vx→WxV_{x}\to W_{x}  ; quitte à restreindre VxV_{x}, on peut supposer qu’il ne rencontre pas les antécédents de tt autres que xx. Posons W=⋂x∈f−1​(t)WxW=\bigcap_{x\in f^{-1}(t)}W_{x}. Par construction, WW est un voisinage affinoïde de tt dans TT tel que f−1​(W)→Wf^{-1}(W)\to W soit fini.

Par ailleurs, l’anneau local 𝒪T,t\mathscr{O}_{T,t} est un corps (cf. par exemple [31], 0.19)  ; il s’ensuit que ff est fini et plat au-dessus de tt, comme annoncé.

Soit Σ\Sigma l’image réciproque de S⁡(T)S(T) par ff. Comme ftrop​(∂X)f_{\text{trop}}(\partial X) est contenu dans un polytope de TtropT_{\text{trop}} de dimension au plus d−1d-1, le compact f⁡(∂X∩Σ)f(\partial X\cap\Sigma) est contenu dans un polytope Δ\Delta de S⁡(T)S(T) de dimension au plus d−1d-1.

Pour tout t∈S⁡(T) Δt\in S(T)\mathchoice{\mathbin{\vrule height=3.09999pt,width=6.93192pt,depth=-1.63612pt}}{\mathbin{\vrule height=3.09999pt,width=6.93192pt,depth=-1.63612pt}}{\mathbin{\vrule height=2.15277pt,width=3.65973pt,depth=-1.20554pt}}{\mathbin{\vrule height=0.86108pt,width=2.45418pt,depth=-1.03334pt}}\Delta l’application ff est finie et plate au-dessus de tt en vertu de ce qui précède, puisque f−1​(t)f^{-1}(t) est contenu dans X−∂XX-\partial X. Autrement dit, ff est fini et plat au-dessus de S⁡(T) ΔS(T)\mathchoice{\mathbin{\vrule height=3.09999pt,width=6.93192pt,depth=-1.63612pt}}{\mathbin{\vrule height=3.09999pt,width=6.93192pt,depth=-1.63612pt}}{\mathbin{\vrule height=2.15277pt,width=3.65973pt,depth=-1.20554pt}}{\mathbin{\vrule height=0.86108pt,width=2.45418pt,depth=-1.03334pt}}\Delta.

2.4.4 Degrés et tropicalisations

Soit XX un espace kk-analytique de dimension dd, soit TT un tore de dimension quelconque et soit T′T^{\prime} un tore de dimension dd  ; on se donne un moment f:X→Tf\colon X\to T et un morphisme affine surjectif p:T→T′p\colon T\to T^{\prime}. Comme XX est compact, ftrop​(X)f_{\text{trop}}(X) est un polytope compact de TtropT_{\text{trop}} de dimension au plus dd, et ftrop​(∂X)f_{\text{trop}}(\partial X) est contenu dans un polytope compact de dimension au plus d−1d-1.

Soit QQ un ouvert connexe et non vide de Ttrop′T^{\prime}_{\text{trop}} contenu dans (p∘f)trop​(X)(p\circ f)_{\text{trop}}(X) et ne rencontrant pas (p∘f)trop​(∂X)(p\circ f)_{\text{trop}}(\partial X)  ; remarquons qu’il existe une décomposition cellulaire de (p∘f)trop​(X)(p\circ f)_{\text{trop}}(X) dont toutes les cellules ouvertes de dimension dd satisfont cette propriété. Soit (Pi)(P_{i}) la famille des composantes connexes de ptrop−1​(Q)p_{\text{trop}}^{-1}(Q).

L’ouvert QQ ne rencontrant pas (p∘f)trop​(∂X)(p\circ f)_{\text{trop}}(\partial X), l’ouvert QsqQ_{\mathrm{sq}} de S⁡(T′)S(T^{\prime}) ne rencontre pas p∘f⁡(∂X)p\circ f(\partial X), et p∘fp\circ f est dès lors fini et plat au-dessus de QsqQ_{\mathrm{sq}}, qui est connexe et non vide. Soit dd le degré de p∘fp\circ f au-dessus de QsqQ_{\mathrm{sq}}.

L’ouvert (p∘f)trop−1​(Q)(p\circ f)_{\text{trop}}^{-1}(Q) de XX contient (p∘f)−1​(Qsq)(p\circ f)^{-1}(Q_{\mathrm{sq}})  ; il est donc fini et plat de degré dd au-dessus de QsqQ_{\mathrm{sq}}.

On a ptrop−1​(Q)=∐Pip_{\text{trop}}^{-1}(Q)=\coprod P_{i}  ; il vient (p∘f)trop−1​(Q)=∐ftrop−1​(Pi)(p\circ f)_{\text{trop}}^{-1}(Q)=\coprod f_{\text{trop}}^{-1}(P_{i}), chacun d’eux étant ouvert et fermé dans ptrop−1​(Q)p_{\text{trop}}^{-1}(Q). Par conséquent, ftrop−1​(Pi)f_{\text{trop}}^{-1}(P_{i}) est pour tout ii fini et plat au-dessus de QsqQ_{\mathrm{sq}}  ; notons did_{i} le degré correspondant. L’égalité ptrop−1​(Q)=∐Pip_{\text{trop}}^{-1}(Q)=\coprod P_{i} implique que les did_{i} sont presque tous nuls et que d=∑did=\sum d_{i}.

Fixons ii. L’entier did_{i} est alors nul si et seulement si ptrop​(Pi)≠Qp_{\text{trop}}(P_{i})\neq Q.

En effet, supposons que di≠0d_{i}\neq 0  ; dans ce cas, tout point de QsqQ_{\mathrm{sq}} a au moins un antécédent dans ftrop−1​(Pi)f^{-1}_{\text{trop}}(P_{i}), d’où il découle que (p∘f)trop​(ftrop−1​(Pi))=Q(p\circ f)_{\text{trop}}(f^{-1}_{\text{trop}}(P_{i}))=Q, puis que ptrop​(Pi)=Qp_{\text{trop}}(P_{i})=Q, d’où la surjectivité de Pi→QP_{i}\to Q.

Réciproquement, supposons que PiP_{i} se surjecte sur QQ. Il existe alors nécessairement une cellule CC de TtropT_{\text{trop}} de dimension dd, contenue dans ftrop​(X)f_{\text{trop}}(X), s’envoyant injectivement dans Ttrop′T^{\prime}_{\text{trop}} et rencontrant PiP_{i}. Il existe dès lors un polytope compact non vide PP de dimension dd contenu dans PiP_{i} et tel que P≃ptrop​(P)P\simeq p_{\text{trop}}(P). Appelons WW le compact ftrop−1​(P)f_{\text{trop}}^{-1}(P). Comme PP est contenu dans ftrop​(X)f_{\text{trop}}(X) on a ftrop​(W)=Pf_{\text{trop}}(W)=P  ; par conséquent, (p∘f)trop​(W)=ptrop​(P)(p\circ f)_{\text{trop}}(W)=p_{\text{trop}}(P) est un polytope de dimension dd. Si la dimension tropicale de (p∘f)|W(p\circ f)|_{W} en tout point de WW était majorée par d−1d-1 le polytope (p∘f)trop​(W)(p\circ f)_{\text{trop}}(W) serait de dimension au plus d−1d-1, ce qui est contradictoire. Il existe donc un point de WW en lequel la dimension tropicale de (p∘f)|W(p\circ f)|_{W} est égale à dd  ; il en résulte que (p∘f)​(W)(p\circ f)(W) rencontre S⁡(T′)S(T^{\prime}). Compte-tenu du fait que (p∘f)trop​(W)=ptrop​(P)⊂Q(p\circ f)_{\text{trop}}(W)=p_{\text{trop}}(P)\subset Q, il s’ensuit que (p∘f)​(W)(p\circ f)(W) rencontre QsqQ_{\mathrm{sq}}. Ainsi, il existe un point x∈Qsqx\in Q_{\mathrm{sq}} dont la fibre rencontre W⊂ftrop−1​(Pi)W\subset f_{\text{trop}}^{-1}(P_{i})  ; le degré de ftrop−1​(Pi)f_{\text{trop}}^{-1}(P_{i}) au-dessus de xx est donc non nul, ce qu’il fallait démontrer.

Changement de paramétrage au but. Donnons-nous un tore T′′T^{\prime\prime} de dimension dd et un morphisme affine et surjectif q:T′→T′′q\colon T^{\prime}\to T^{\prime\prime}. Un tel morphisme est fini et plat  ; notons ee son degré. L’application qtrop:Ttrop′→Ttrop′′q_{\text{trop}}\colon T^{\prime}_{\text{trop}}\to T^{\prime\prime}_{\text{trop}} est alors une bijection affine, q−1​(S⁡(T′′))q^{-1}(S(T^{\prime\prime})) s’identifie à S⁡(T′)S(T^{\prime}) et S⁡(T′)→S⁡(T′′)S(T^{\prime})\to S(T^{\prime\prime}) est un homéomorphisme (2.4.1).

Soit RR l’image de QQ par la bijection affine qtropq_{\text{trop}}. Si z∈Rsqz\in R_{\mathrm{sq}} alors zz a un unique antécédent xx sur T′T^{\prime}, qui est situé sur S⁡(T′)S(T^{\prime}) et par conséquent sur QsqQ_{\mathrm{sq}}  ; le morphisme qq est fini et plat de degré ee en xx. Il s’ensuit que XX est fini et plat de degré d​ede au-dessus de RsqR_{\mathrm{sq}}  ; par le même raisonnement, ftrop−1​(Pi)f_{\text{trop}}^{-1}(P_{i}) est fini et plat de degré di⋅ed_{i}\cdot e sur RsqR_{\mathrm{sq}}.

Original mathematics by the credited authors. Source-backed reader collection; mathematical self-containment is not assessed.