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§ 4 Courants [01RC]

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§ 4 Courants

Soit XX un espace analytique. On supposera toujours que XX est bon et topologiquement séparé.

4.1 Topologie sur l’espace des formes

4.1.1

Munisons l’espace des (p,q)(p,q)-formes lisses à support compact sur XX de la topologie suivante : une suite (net, filtre) (ωn)(\omega_{n}) converge vers ω\omega s’il existe une famille finie (Wi)(W_{i}) de domaines analytiques compacts recouvrant la réunion des supports des ωn\omega_{n} et de ω\omega et, pour tout ii, une tropicalisation τi:Wi→Ti\tau_{i}\colon W_{i}\rightarrow T_{i}, des formes lisses φn,i\varphi_{n,i} et φi\varphi_{i} sur Ti,tropT_{i,{\text{trop}}} telles que ωn|Wi=τi∗​φn,i\omega_{n}\mathrel{|}{W_{i}}=\tau_{i}^{*}\varphi_{n,i}, ω|Ui=τi∗​φi\omega\mathrel{|}{U_{i}}=\tau_{i}^{*}\varphi_{i}, la suite (φn,i)(\varphi_{n,i}) convergeant uniformément vers φ\varphi, ainsi que chacune de ses dérivées, sur le polytope τi​(Wi)\tau_{i}(W_{i}).

\lemmname 4.1.2.
  1. a)

    Soit (ωn)(\omega_{n}) et (ηn)(\eta_{n}) des suites de formes lisses à support compact sur XX qui convergent respectivement vers des formes ω\omega et η\eta. Alors ωn∧ηn\omega_{n}\wedge\eta_{n} converge vers ω∧η\omega\wedge\eta.

  2. b)

    Soit UU un ouvert de XX et soit η\eta une forme lisse à support compact dans UU. Soit (ωn)(\omega_{n}) une suite de formes lisses à support compact sur XX qui converge vers une forme ω\omega. Alors, ωn∧η\omega_{n}\wedge\eta converge vers ω∧η\omega\wedge\eta.

  3. c)

    Soit η\eta une forme lisse sur XX. Soit (ωn)(\omega_{n}) une suite de formes lisses à support compact sur XX qui converge vers une forme ω\omega. Alors, ωn∧η\omega_{n}\wedge\eta converge vers ω∧η\omega\wedge\eta.

Démonstration.

Ces assertions sont classiques sur un ouvert de 𝐑n\mathbf{R}^{n} et s’étendent immédiatement au cas des formes sur un polytope. Il reste à expliquer comment on se ramène à cette situation.

a) Considérons une famille finie (Wi,τi)(W_{i},\tau_{i}) de cartes tropicales qui recouvrent le support de ces formes et témoignent de la convergence de ωn\omega_{n} vers ω\omega et de la convergence de ηn\eta_{n} vers η\eta. On voit dans ces cartes que ωn∧ηn\omega_{n}\wedge\eta_{n} converge vers ω∧η\omega\wedge\eta.

b) Pour tout ii, choisissons un raffinement fini (Wi,j,τi,j)(W_{i,j},\tau_{i,j}) de la carte tropicale (Wi,τi)(W_{i},\tau_{i}) par des cartes qui décrivent η\eta, où les Wi,jW_{i,j} sont des affinoïdes contenus dans UU dont la réunion recouvre l’intersection avec WiW_{i} du support de η\eta. Alors, la famille finie de cartes tropicales témoigne de la convergence de ωn∧η\omega_{n}\wedge\eta vers ω∧η\omega\wedge\eta.

c) Pour tout ii, choisissons de même un raffinement fini (Wi,j,τi,j)(W_{i,j},\tau_{i,j}) de la carte tropicale (Wi,τi)(W_{i},\tau_{i}) par des affinoïdes de WiW_{i} qui tropicalisent η\eta. Là encore, ces cartes (Wi,j)(W_{i,j}) témoignent de la convergence de ωn∧η\omega_{n}\wedge\eta vers ω∧η\omega\wedge\eta. ∎

4.2 Courants

4.2.1 Formes à support propre

On dit qu’une forme α\alpha sur XX est à support propre si son support est compact et disjoint du bord ∂(X)\partial(X) de XX.

On note 𝒜cp,q​(X)\mathscr{A}_{\text{c}}^{p,q}(X) le sous-espace de 𝒜p,q​(X)\mathscr{A}^{p,q}(X) constitué des formes lisses à support propre.

Cette terminologie a été choisie par analogie avec celle des morphismes propres en géométrie analytique de Berkovich : en effet un morphisme ff entre deux espaces analytiques est propre si et seulement si l’application sous-jacente entre espaces topologiques est propre et s’il est sans bord ([8], (1.5.3), (iii)).

4.2.2

On appelle courant de bidimension (p,q)(p,q) sur XX une forme linéaire continue sur l’espace 𝒜cp,q​(X)\mathscr{A}_{\text{c}}^{p,q}(X) des formes lisses de type (p,q)(p,q) à support propre. On notera ⟨S,α⟩\langle S,\alpha\rangle l’image de la forme α\alpha par le courant SS.

On note 𝒟p,q​(X)\mathscr{D}_{p,q}(X) l’ensemble des courants de bidimension (p,q)(p,q). Si XX est équidimensionnel de dimension nn, on posera aussi 𝒟p,q=𝒟n−p,n−q\mathscr{D}^{p,q}=\mathscr{D}_{n-p,n-q} et on dira que c’est l’espace des courants de bidegré (p,q)(p,q).

Ce sont des modules sur l’anneau des fonctions lisses sur XX. Plus précisément, l’espace vectoriel bigradué 𝒟⁡(X)\mathscr{D}(X), somme directe des espaces 𝒟p,q​(X)\mathscr{D}_{p,q}(X), est un module gradué (à gauche) sur l’espace vectoriel 𝒜⁡(X)\mathscr{A}(X) des formes lisses sur XX. Si α∈𝒜cp,q​(X)\alpha\in\mathscr{A}^{p,q}_{\text{c}}(X) et TT est de bidimension (p′,q′)(p^{\prime},q^{\prime}), le courant α​T\alpha T est de bidimension (p′−p,q′−q)(p^{\prime}-p,q^{\prime}-q) ; si TT est de bidegré (p′,q′)(p^{\prime},q^{\prime}), α​T\alpha T est de bidegré (p′+p,q′+q)(p^{\prime}+p,q^{\prime}+q).

4.2.3 Image directe d’un courant

Soit XX un espace analytique bon et topologiquement séparé. Soit LL une extension complète de kk, soit YY un LL-espace analytique (bon et topologiquement séparé) et soit φ:Y→XL\varphi\colon Y\rightarrow X_{L} un morphisme propre d’espaces analytiques.

Le morphisme φ\varphi induit une application linéaire naturelle, notée φ∗\varphi^{*}, de 𝒜(p,q)​(X)\mathscr{A}^{(p,q)}(X) dans 𝒜(p,q)​(Y)\mathscr{A}^{(p,q)}(Y). Soit ω\omega une forme lisse à support propre sur XX. Soit ωL\omega_{L} la forme qui s’en déduit sur XLX_{L} ; son support est encore compact et ne rencontre pas le bord de XLX_{L} car un espace sans bord reste sans bord par changement de base par une extension de corps valués complets. Comme φ\varphi est propre, la forme φ∗​ωL\varphi^{*}\omega_{L} est encore à support propre.

L’application φ∗\varphi^{*} de 𝒜c(p,q)​(X)\mathscr{A}^{(p,q)}_{\text{c}}(X) dans 𝒜c(p,q)​(Y)\mathscr{A}^{(p,q)}_{\text{c}}(Y) ainsi définie est linéaire et continue. Elle induit par dualité une application linéaire φ∗\varphi_{*} de 𝒟(p,q)​(Y)\mathscr{D}_{(p,q)}(Y) dans 𝒟(p,q)​(X)\mathscr{D}_{(p,q)}(X).

4.2.4 Propriété de faisceau

Soit UU un ouvert de XX. Comme ∂(U)=U∩∂(X)\partial(U)=U\cap\partial(X), toute forme sur l’espace UU dont le support est compact et disjoint de ∂(U)\partial(U) peut être vue comme une forme sur XX dont le support est compact et disjoint de ∂(X)\partial(X). Un courant sur XX définit un courant sur UU ; l’application U↦𝒟p,q​(U)U\mapsto\mathscr{D}_{p,q}(U) est un préfaisceau.

\lemmname 4.2.5.

Ce préfaisceau U↦𝒟p,q​(U)U\mapsto\mathscr{D}_{p,q}(U) est un faisceau de 𝒜0\mathscr{A}^{0}-modules sur XX. C’est en particulier un faisceau fin.

Démonstration.

Soit (Ui)(U_{i}) un recouvrement ouvert d’un ouvert UU de XX, pour tout ii, soit SiS_{i} un courant sur UiU_{i} tels que la restriction à Ui∩UjU_{i}\cap U_{j} des courants SiS_{i} et SjS_{j} coïncident, pour tous i,ji,j. Démontrons qu’il existe une unique courant SS sur UU dont la restriction à UiU_{i} est égale à SiS_{i}.

Soit ω\omega une (p,q)(p,q)-forme à support sur UU dont le support est compact et disjoint de ∂(U)\partial(U). Soit (φi)(\varphi_{i}) une famille de fonctions lisses sur UU, où pour tout ii, le support de φi\varphi_{i} est compact et contenu dans Int⁡(Ui/k)\operatorname{Int}(U_{i}/k), telles que ∑φi\sum\varphi_{i} soit égale à 11 au voisinage du support de ω\omega. En effet, soit VV un voisinage ouvert paracompact du support de ω\omega dans UU ; pour tout ii, posons Vi=Ui∩VV_{i}=U_{i}\cap V. La famille (Vi)(V_{i}) est un recouvrement ouvert de VV ; il existe donc (proposition 3.3.6) une partition de l’unité (φi)(\varphi_{i}) subordonnée à (Vi)(V_{i}) et constituée de fonctions lisses sur VV.

On a ω=∑φi​ω\omega=\sum\varphi_{i}\omega, et seuls un nombre fini de termes de cette somme sont non nuls. Si SS est un courant sur UU dont la restriction à UiU_{i} est égale à SiS_{i}, on a donc nécessairement ⟨ω,S⟩=∑⟨φi​ω,Si⟩\langle\omega,S\rangle=\sum\langle\varphi_{i}\omega,S_{i}\rangle, d’où l’unicité d’un courant SS vérifiant les conditions requises.

Soit V′V^{\prime} un second ouvert paracompact contenant le support de ω\omega ; posons Vi′=Ui∩V′V^{\prime}_{i}=U_{i}\cap V^{\prime} et considérons une partition de l’unité (φi′)(\varphi^{\prime}_{i}) subordonnée à (Vi′)(V^{\prime}_{i}) et constituée de fonctions lisses sur V′V^{\prime}. On a aussi ω=∑i,jφj′​φi​ω\omega=\sum_{i,j}\varphi^{\prime}_{j}\varphi_{i}\omega, si bien que

∑j⟨φj′​ω,Sj⟩=∑i,j⟨φj′​φi​ω,Sj⟩=∑i,j⟨φj′​φi​ω,Sj⟩=∑i⟨φi​ω,Si⟩,\sum_{j}\langle\varphi^{\prime}_{j}\omega,S_{j}\rangle=\sum_{i,j}\langle\varphi^{\prime}_{j}\varphi_{i}\omega,S_{j}\rangle=\sum_{i,j}\langle\varphi^{\prime}_{j}\varphi_{i}\omega,S_{j}\rangle=\sum_{i}\langle\varphi_{i}\omega,S_{i}\rangle,

où la deuxième égalité découle de la condition de coïncidence des courants SiS_{i}.

Il existe donc une unique application SS de l’espace 𝒜cp,q​(U)\mathscr{A}^{p,q}_{\text{c}}(U) dans 𝐑\mathbf{R} telle que ⟨ω,S⟩=∑⟨φi​ω,Si⟩\langle\omega,S\rangle=\sum\langle\varphi_{i}\omega,S_{i}\rangle pour tout ouvert paracompact VV contenant le support de la (p,q)(p,q)-forme ω\omega et toute partition de l’unité (φi)(\varphi_{i}) subordonnée au recouvrement (Ui∩V)(U_{i}\cap V) de VV formée de fonctions lisses sur VV. Cette application est linéaire.

C’est un courant sur UU. Soit (ωn)(\omega_{n}) une suite de (p,q)(p,q)-formes lisses à supports compacts sur UU qui converge vers 00. Par définition, il existe une famille finie (Wα)(W_{\alpha}) d’affinoïdes de UU et pour tout α\alpha, un moment τα:Wα→𝐆mnα\tau_{\alpha}\colon W_{\alpha}\rightarrow\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n_{\alpha}} et des (p,q)(p,q)-formes lisses ηn,α\eta_{n,\alpha} sur 𝐆m,tropnα\mathbf{G}_{\mathrm{m},{\text{trop}}}^{n_{\alpha}} telles que τα∗​ηn,α=ωn|Wα\tau_{\alpha}^{*}\eta_{n,\alpha}=\omega_{n}|_{W_{\alpha}}, la suite (ηn,α)(\eta_{n,\alpha}) tendant, pour tout α\alpha, vers 00 sur le polytope τα​(Wα)\tau_{\alpha}(W_{\alpha}). Soit VV un voisinage paracompact de la réunion des WαW_{\alpha} et soit (φi)(\varphi_{i}) une partition de l’unité subordonnée au recouvrement (Ui∩V)(U_{i}\cap V).

On peut raffiner les cartes tropicales (Wα,τα)(W_{\alpha},\tau_{\alpha}) de sorte que pour tout α\alpha, WαW_{\alpha} soit contenu dans l’un des UiU_{i} et que, pour tout ii et tout α\alpha, la restriction à WαW_{\alpha} de φi\varphi_{i} soit de la forme τα∗​ψα,i\tau_{\alpha}^{*}\psi_{\alpha,i}, où ψα,i\psi_{\alpha,i} est une fonction lisse sur 𝐆m,tropnα\mathbf{G}_{\mathrm{m},{\text{trop}}}^{n_{\alpha}}.

Pour tout nn, on a

⟨ωn,S⟩=∑i⟨φi​ωn,Si⟩.\langle\omega_{n},S\rangle=\sum_{i}\langle\varphi_{i}\omega_{n},S_{i}\rangle.

D’après le lemme 4.1.2, φi​ωn\varphi_{i}\omega_{n} tend vers 00 dans l’espace des formes à support compact sur UiU_{i}, donc ⟨φi​ωn,Si⟩\langle\varphi_{i}\omega_{n},S_{i}\rangle tend vers 00. Finalement, ⟨ωn,S⟩\langle\omega_{n},S\rangle tend vers 00. Cela démontre que SS est un courant.

Soit ω\omega une (p,q)(p,q)-forme dont le support est compact et contenu dans UjU_{j} ; soit VV et (φi)(\varphi_{i}) comme ci-dessus, où VV est contenu dans UjU_{j}. Pour tout ii, le support de φi​ω\varphi_{i}\omega est contenu dans Ui∩UjU_{i}\cap U_{j}, donc ⟨φi​ω,Sj⟩=⟨φi​ω,Si⟩\langle\varphi_{i}\omega,S_{j}\rangle=\langle\varphi_{i}\omega,S_{i}\rangle. Alors,

⟨ω,S⟩=∑⟨φi​ω,Si⟩=∑⟨φi​ω,Sj⟩=⟨ω,Sj⟩.\langle\omega,S\rangle=\sum\langle\varphi_{i}\omega,S_{i}\rangle=\sum\langle\varphi_{i}\omega,S_{j}\rangle=\langle\omega,S_{j}\rangle.

Cela démontre que la restriction à UiU_{i} du courant SS est égale à SiS_{i}. ∎

4.3 Courants d’intégration

4.3.1

Soit XX un espace analytique bon et topologiquement séparé. Soit LL une extension complète de kk, soit YY un LL-espace analytique (bon et topologiquement séparé) qui est de dimension dd. Soit φ:Y→X\varphi\colon Y\rightarrow X un morphisme d’espaces analytiques qui est topologiquement propre. Par exemple, on peut prendre pour φ\varphi l’immersion d’un domaine analytique, d’un sous-espace analytique fermé, ou encore d’une fibre d’un morphisme munie de sa structure naturelle d’espace analytique.

Le morphisme φ\varphi induit une application linéaire naturelle, notée φ∗\varphi^{*}, de 𝒜(p,q)​(X)\mathscr{A}^{(p,q)}(X) dans 𝒜(p,q)​(Y)\mathscr{A}^{(p,q)}(Y). Si le support d’une forme ω\omega est compact dans XX, il en est de même de celui de la forme φ∗​ω\varphi^{*}\omega sur YY.

4.3.2

Pour toute (d,d)(d,d)-forme lisse α\alpha sur XX dont le support est compact et disjoint de Int⁡(X)\operatorname{Int}(X), posons alors ⟨φ∗​δY,α⟩=∫Yφ∗​α\langle\varphi_{*}\delta_{Y},\alpha\rangle=\int_{Y}\varphi^{*}\alpha, où l’intégrale d’une (d,d)(d,d)-forme à support compact sur YY a été définie en (3.7). On définit ainsi un courant de bidimension (d,d)(d,d) sur XX, qu’on appelle courant d’intégration sur YY.

Pour démontrer la continuité de f∗​δYf_{*}\delta_{Y}, on se ramène au cas où Y=XY=X puis, compte tenu de la définition de ∫Y\int_{Y}, à la continuité de l’intégrale d’un polytope calibré dans un espace affine.

4.3.3

Plus généralement, pour toute forme ω\omega sur YY, de type (p′,q′)(p^{\prime},q^{\prime}), et à coefficients continus, on définit le courant φ∗​(ω​δY)\varphi_{*}(\omega\delta_{Y}) sur XX par la formule ⟨φ∗​(ω​δY),α⟩=∫Yω​φ∗​α\langle\varphi_{*}(\omega\delta_{Y}),\alpha\rangle=\int_{Y}\omega\varphi^{*}\alpha. Il est de bidimension (d−p′,d−q′)(d-p^{\prime},d-q^{\prime}).

4.3.4

On définit de manière analogue le courant d’intégration sur le bord de YY, noté δ∂Y\delta_{\partial Y}, par la formule ⟨α,δ∂Y⟩=∫∂Yφ∗​α\langle\alpha,\delta_{\partial Y}\rangle=\int_{\partial Y}\varphi^{*}\alpha, pour toute (p−1,p)(p-1,p)-forme à support compact α\alpha sur XX. Il est donc de bidimension (p−1,p)(p-1,p).

4.3.5

On associe alors à une forme α∈𝒜p,q​(X)\alpha\in\mathscr{A}^{p,q}(X) le courant [α]=α​δX[\alpha]=\alpha\delta_{X} de bidimension (n−p,n−q)(n-p,n-q) sur XX. Cela définit plus généralement un morphisme de faisceaux

𝒜X(p,q)⊗𝒟(p′,q′),X→𝒟(p′−p,q′−q),X.\mathscr{A}^{(p,q)}_{X}\otimes\mathscr{D}_{(p^{\prime},q^{\prime}),X}\rightarrow\mathscr{D}_{(p^{\prime}-p,q^{\prime}-q),X}.
\lemmname 4.3.6.

Supposons que XX soit purement de dimension nn. Si α\alpha est une forme lisse de type (n,n)(n,n) telle que [α]=0[\alpha]=0, alors α=0\alpha=0 sur Int⁡(X)\operatorname{Int}(X).

Démonstration.

Soit xx un point de Int⁡(X)\operatorname{Int}(X), soit VV un voisinage affinoïde de xx contenu dans Int⁡(X)\operatorname{Int}(X), soit f:V→𝐆mNf\colon V\rightarrow\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{N} un moment et soit η\eta une forme lisse sur ftrop​(V)f_{\text{trop}}(V) telle que α=f∗​η\alpha=f^{*}\eta.

Démontrons que η\eta est nulle en prouvant que sa restriction à toute cellule ouverte maximale de P=ftrop​(V)P=f_{\text{trop}}(V) est nulle.

Si dim(P)<n\dim(P)<n, alors η\eta est nulle. Supposons que dim(P)=n\dim(P)=n et soit QQ une cellule ouverte de PP de dimension nn. Par construction, ftrop​(x)∈Q¯f_{\text{trop}}(x)\in\bar{Q}. Par ailleurs, ftrop​(∂(V))f_{\text{trop}}(\partial(V)) est contenu dans un polytope de dimension <n<n contenu dans PP ; il est en particulier d’intérieur vide dans QQ. Pour démontrer que η|Q=0\eta|_{Q}=0, il suffit de prouver que η\eta est nulle au voisinage de tout point yy de Q ftrop​(∂(V))Q\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}}f_{\text{trop}}(\partial(V)).

Soit θ\theta une fonction sur 𝐆m,tropN\mathbf{G}_{\mathrm{m},{\text{trop}}}^{N}, de classe 𝒞∞\mathscr{C}^{\infty}, dont le support ne rencontre aucune autre cellule que QQ et ne rencontre pas ftrop​(∂(V))f_{\text{trop}}(\partial(V)). La fonction f|V∗​θf|_{V}^{*}\theta est lisse sur VV et son support ne rencontre pas le bord de VV, et donc pas le bord de VV dans XX. Son extension par 00, notée f∗​θf^{*}\theta, est donc une fonction lisse à support propre sur XX. On donc ∫X(f∗​θ)​α=0\int_{X}(f^{*}\theta)\alpha=0. Comme le support de (f∗​θ)​α(f^{*}\theta)\alpha est contenu dans VV, on a ∫V(f∗​θ)​α=0\int_{V}(f^{*}\theta)\alpha=0. Comme le support de θ\theta ne rencontre que la cellule ouverte QQ, cette dernière intégrale est donnée par ∫Q⟨θ​η,μQ⟩\int_{Q}\langle\theta\eta,\mu_{Q}\rangle, où μ\mu désigne le calibrage canonique de VV. Comme θ\theta est arbitraire, cela entraîne que la restriction de η\eta à la face QQ est nulle, ce qu’on voulait démontrer. ∎

\coroname 4.3.7.

Si [α]=0[\alpha]=0, alors α=0\alpha=0 sur Int⁡(X)\operatorname{Int}(X).

Démonstration.

Supposons que la restriction à Int⁡(X)\operatorname{Int}(X) ne soit pas nulle. Soit β\beta une forme sur Int⁡(X)\operatorname{Int}(X) telle que α∧β≠0\alpha\wedge\beta\neq 0 (proposition 3.2.8 Soit xx un point du support de α∧β\alpha\wedge\beta et soit λ\lambda une fonction lisse à support propre sur XX qui vaut 11 au voisinage de xx. La forme λ​β\lambda\beta sur Int⁡(X)\operatorname{Int}(X) est à support compact, donc son prolongement par zéro est une forme ω\omega à support propre sur XX et la forme α∧ω\alpha\wedge\omega n’est pas nulle sur Int⁡(X)\operatorname{Int}(X). D’après le lemme 4.3.6, on a donc [α∧ω]≠0[\alpha\wedge\omega]\neq 0. Il existe donc une fonction φ\varphi lisse à support propre sur XX telle que ⟨[α∧ω],φ⟩≠0\langle[\alpha\wedge\omega],\varphi\rangle\neq 0. Puisque

⟨[α∧ω],φ⟩=∫Xφ​α∧ω=⟨[α],φ​ω⟩,\langle[\alpha\wedge\omega],\varphi\rangle=\int_{X}\varphi\alpha\wedge\omega=\langle[\alpha],\varphi\omega\rangle,

on a [α]≠0[\alpha]\neq 0. ∎

\remaname 4.3.8.

Soit XX un espace kk-analytique (bon et topologiquement séparé) purement de dimension nn. Soit α\alpha une (n,n)(n,n)-forme dont la restriction à Int⁡(X)\operatorname{Int}(X) est nulle. Supposons que ∂(X)\partial(X) soit d’intérieur vide. Alors, α=0\alpha=0.

Soit xx un point de XX ; démontrons que α\alpha est nulle au voisinage de xx. C’est vrai par hypothèse si x∈Int⁡(X)x\in\operatorname{Int}(X) ; supposons donc que x∈∂(X)x\in\partial(X). Soit WW un voisinage de xx qui est un domaine analytique compact de XX, soit f:W→Tf\colon W\rightarrow T un moment et soit ω\omega une (n,n)(n,n)-forme sur ftrop​(W)f_{\text{trop}}(W) telle que α=f∗​ω\alpha=f^{*}\omega. Comme xx appartient au support de α\alpha, ftrop​(x)f_{\text{trop}}(x) appartient au support de ω\omega et ω\omega est une (n,n)(n,n)-forme non nulle au voisinage de ftrop​(x)f_{\text{trop}}(x). Par suite, ftrop​(W)f_{\text{trop}}(W) est de dimension nn au voisinage de ftrop​(x)f_{\text{trop}}(x). En outre, comme ∂(X)∩W⊂∂(W)\partial(X)\cap W\subset\partial(W), ftrop​(∂(X)∩W)f_{\text{trop}}(\partial(X)\cap W) est contenu dans un polytope de dimension ≤n−1\leq n-1, donc est d’intérieur vide dans les faces de dimension nn. Il en résulte qu’au voisinage de ftrop​(x)f_{\text{trop}}(x), la restriction de ω\omega à chacune des faces de dimension nn de ftrop​(W)f_{\text{trop}}(W) est nulle. Par suite, ω\omega est nulle au voisinage de ftrop​(x)f_{\text{trop}}(x) et α\alpha est nulle au voisinage de xx.

\remaname 4.3.9.

L’hypothèse « ∂X\partial X d’intérieur vide » peut sembler surprenante. Elle est vérifiée dans les deux cas importants suivants :

  • —

    L’espace XX est sans bord ;

  • —

    La valuation de kk est non triviale et l’espace XX est strict.

C’est évident dans le premier cas. Dans le second, tout ouvert non vide de XX contient un point rigide par le Nullstellensatz analytique et ces points n’appartiennent pas au bord de XX, si bien que Int⁡(X/k)\operatorname{Int}(X/k) est dense dans XX.

4.4 Calcul différentiel sur les courants

4.4.1

L’application linéaire d′\mathop{\mathrm{d^{\prime}}} de 𝒜c(p,q)​(X)\mathscr{A}^{(p,q)}_{\text{c}}(X) dans 𝒜c(p+1,q)​(X)\mathscr{A}^{(p+1,q)}_{\text{c}}(X) est continue. On note b′\mathrm{b}^{\prime} son adjoint, de 𝒟(p,q)​(X)\mathscr{D}_{(p,q)}(X) dans 𝒟(p+1,q)​(X)\mathscr{D}_{(p+1,q)}(X).

On définit de même b′′:𝒟(p,q)​(X)→𝒟(p,q+1)​(X)\mathrm{b}^{\prime\prime}\colon\mathscr{D}_{(p,q)}(X)\rightarrow\mathscr{D}_{(p,q+1)}(X) comme l’adjoint de l’application d′′\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}.

4.4.2

Supposons maintenant que XX soit purement de dimension nn. On définit l’opérateur de symétrie J\mathrm{J} sur les courants par la formule :

⟨J​S,ω⟩=(−1)n​⟨S,J​ω⟩.\langle\mathrm{J}S,\omega\rangle=(-1)^{n}\langle S,\mathrm{J}\omega\rangle.

De la sorte, J⁡[α]=[J​α]J[\alpha]=[J\alpha] pour toute forme α∈𝒜(p,q)​(X)\alpha\in\mathscr{A}^{(p,q)}(X). En effet,

⟨J⁡[α],ω⟩=(−1)n​∫Xα∧J​ω=(−1)n​∫XJ⁡(J​α∧ω)=∫XJ​α∧ω=⟨[J​α],ω⟩.\langle\mathrm{J}[\alpha],\omega\rangle=(-1)^{n}\int_{X}\alpha\wedge\mathrm{J}\omega=(-1)^{n}\int_{X}\mathrm{J}(\mathrm{J}\alpha\wedge\omega)=\int_{X}\mathrm{J}\alpha\wedge\omega=\langle[\mathrm{J}\alpha],\omega\rangle.

On dit qu’un courant SS de bidegré (p,p)(p,p) est symétrique si J​S=(−1)p​S\mathrm{J}S=(-1)^{p}S.

4.4.3

Soit α\alpha une forme différentielle de type (p,q)(p,q) sur XX et soit [α][\alpha] le courant de bidegré (p,q)(p,q) qui lui est associé. Pour toute forme ω∈𝒜c(n−p,n−q)​(X)\omega\in\mathscr{A}^{(n-p,n-q)}_{\text{c}}(X), on a

d′⁡(α∧ω)=d′⁡α∧ω+(−1)p+q​α∧d′⁡ω.\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}(\alpha\wedge\omega)=\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}\alpha\wedge\omega+(-1)^{p+q}\alpha\wedge\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}\omega.

Comme le support de α∧ω\alpha\wedge\omega est disjoint de ∂X\partial X, la formule de Stokes (théorème 3.12.1) entraîne

∫Xd′⁡α∧ω=(−1)p+q+1​∫Xα∧d′⁡ω,\int_{X}\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}\alpha\wedge\omega=(-1)^{p+q+1}\int_{X}\alpha\wedge\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}\omega,

autrement dit

b′​[α]=(−1)p+q+1​[d′⁡α].\mathrm{b}^{\prime}[\alpha]=(-1)^{p+q+1}[\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}\alpha].

On définit ainsi l’opérateur d′\mathop{\mathrm{d^{\prime}}} de 𝒟(p,q)​(X)\mathscr{D}^{(p,q)}(X) dans 𝒟(p+1,q)\mathscr{D}^{(p+1,q)} par

d′=(−1)p+q+1b′.\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}=(-1)^{p+q+1}\mathrm{b}^{\prime}. (4.4.3.1)

De même, on pose

d′′=(−1)p+q+1b′′,\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}=(-1)^{p+q+1}\mathrm{b}^{\prime\prime}, (4.4.3.2)

de sorte que pour toute forme α∈𝒜(p,q)​(X)\alpha\in\mathscr{A}^{(p,q)}(X), d′′⁡[α]=[d′′⁡α]\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}[\alpha]=[\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\alpha].

On vérifie aussi la relation Jd′J=d′′\mathrm{J}\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}\mathrm{J}=\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}.

Par ailleurs, il est utile de remarquer que pour tout courant S∈𝒟(p,q)​(X)S\in\mathscr{D}_{(p,q)}(X) et toute forme α∈𝒜cp,q​(X)\alpha\in\mathscr{A}^{p,q}_{\text{c}}(X), on a

⟨d′​d′′⁡S,α⟩=⟨S,d′​d′′⁡α⟩.\langle\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}S,\alpha\rangle=\langle S,\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}\alpha\rangle. (4.4.3.3)

En effet, d′​d′′S=((−1)p+q+2b′)((−1)p+q+1b′′)S=−b′b′′S\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}S=((-1)^{p+q+2}\mathop{\mathrm{b^{\prime}}})((-1)^{p+q+1}\mathop{\mathrm{b}^{\prime\prime}})S=-\mathop{\mathrm{b^{\prime}}}\mathop{\mathrm{b}^{\prime\prime}}S est l’image de SS par le transposé de −d′′d′=d′d′′-\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}=\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}.

4.4.4

Soit φ:Y/L→X/k\varphi\colon Y/L\rightarrow X/k un morphisme d’espaces analytiques qui est topologiquement propre et sans bord. Les opérateurs J\mathrm{J}, d′\mathop{\mathrm{d^{\prime}}} et d′′\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}} sur les courants commutent à l’application φ∗\varphi_{*} d’image directe.

\propname 4.4.5.

Soit φ:Y/L→X/k\varphi\colon Y/L\rightarrow X/k un morphisme d’espaces analytiques qui est topologiquement propre. Supposons que Y/LY/L soit purement de dimension dd. On a défini des courants φ∗​δY∈𝒟d,d​(X)\varphi_{*}\delta_{Y}\in\mathscr{D}_{d,d}(X) et φ∗​δY∈𝒟d−1,d​(X)\varphi_{*}\delta_{Y}\in\mathscr{D}_{d-1,d}(X). On a la relation

d′⁡(φ∗​δY)=−φ∗​δ∂Ydans 𝒟d−1,d​(X).\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}(\varphi_{*}\delta_{Y})=-\varphi_{*}\delta_{\partial Y}\qquad\text{dans $\mathscr{D}_{d-1,d}(X)$.} (4.4.5.1)
Démonstration.

Soit en effet une forme α∈𝒜cd−1,d​(X)\alpha\in\mathscr{A}^{d-1,d}_{\text{c}}(X). Par définition, on a

⟨d′⁡(φ∗​δY),α⟩=⟨φ∗​δY,d′⁡α⟩=∫Yφ∗​(d′⁡α)=∫Yd′⁡(φ∗​α).\langle\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}(\varphi_{*}\delta_{Y}),\alpha\rangle=\langle\varphi_{*}\delta_{Y},\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}\alpha\rangle=\int_{Y}\varphi^{*}(\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}\alpha)=\int_{Y}\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}(\varphi^{*}\alpha).

Appliquant la formule de Stokes (théorème 3.12.1), on a donc

⟨d′(φ∗δY),α⟩=−∫∂Yφ∗α=−⟨φ∗δ∂Y,α⟩.\langle\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}(\varphi_{*}\delta_{Y}),\alpha\rangle=-\int_{\partial Y}\varphi^{*}\alpha=-\langle\varphi_{*}\delta_{\partial Y},\alpha\rangle.

Cela démontre la relation indiquée. ∎

4.5 Multiplicités et degré intégral

4.5.1

Soit 𝒜\mathscr{A} une algèbre kk-affinoïde, soit ℐ\mathscr{I} son nilradical, soit XX l’espace ℳ⁡(𝒜)\mathscr{M}(\mathscr{A}) et soit 𝒳\mathscr{X} le schéma Spec⁡𝒜\operatorname{Spec}\mathscr{A}. Soit x∈Xx\in X, et soit 𝐱\mathbf{x} son image sur 𝒳\mathscr{X}. L’anneau 𝒜\mathscr{A} étant réduit, l’espace analytique XX est réduit (Berkovich, cf. [29], th. 3.4). Les anneaux locaux artiniens 𝒪𝒳,𝐱/ℐ\mathscr{O}_{\mathscr{X},\mathbf{x}}/\mathscr{I} et 𝒪𝒳,𝐱/ℐ\mathscr{O}_{\mathscr{X},\mathbf{x}}/\mathscr{I} sont donc tous deux des corps.

Pour tout 𝒜\mathscr{A}-module de type fini ℱ\mathscr{F}, on pose

ℱ𝐱=ℱ⊗𝒜𝒪𝒳,𝐱etℱx=ℱ⊗𝒜𝒪X,x\mathscr{F}_{\mathbf{x}}=\mathscr{F}\otimes_{\mathscr{A}}\mathscr{O}_{\mathscr{X},\mathbf{x}}\quad\text{et}\quad\mathscr{F}_{x}=\mathscr{F}\otimes_{\mathscr{A}}\mathscr{O}_{X,x}
\lemmname 4.5.2.

Pour tout 𝒜\mathscr{A}-module de type fini ℱ\mathscr{F}, on a long⁡(ℱx)=long⁡(ℱ𝐱)\operatorname{long}(\mathscr{F}_{x})=\operatorname{long}(\mathscr{F}_{\mathbf{x}}).

Nous dirons que c’est la longueur de ℱ\mathscr{F} (ou du faisceau cohérent associé) en xx ou en 𝐱\mathbf{x}.

Lorsque ℱ=𝒜\mathscr{F}=\mathscr{A}, cet entier est ce qu’on appelle la multiplicité de la composante irréductible {𝐱}¯\overline{\{{\mathbf{x}}\}} de 𝒳\mathscr{X}  ; nous dirons également que c’est la multiplicité de XX en xx.

Démonstration.

Dans le diagramme commutatif

    Spec⁡𝒪X,x                         Spec⁡𝒪𝒳,𝐱              𝒜    ,\vbox{\lx@xy@svg{\hbox{\raise 0.0pt\hbox{\kern 24.0129pt\hbox{\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\hbox{\vtop{\halign{\entry@#!@&&\entry@@#!@\cr&\cr&\crcr}}}\ignorespaces{\hbox{\kern-24.0129pt\raise 0.0pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{\hbox{\kern 3.0pt\raise-2.5pt\hbox{$\textstyle{\operatorname{Spec}\mathscr{O}_{X,x}\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces}$}}}}}}}\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces{\hbox{\kern 14.60742pt\raise-8.3611pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{$\textstyle{\hbox{}}$}}}}}\ignorespaces\ignorespaces{\hbox{\lx@xy@drawline@}}\ignorespaces{\hbox{\kern 48.0129pt\raise-27.47711pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{$\textstyle{\hbox{\lx@xy@tip{1}\lx@xy@tip{-1}}}$}}}}}\ignorespaces\ignorespaces{\hbox{\lx@xy@drawline@}}\ignorespaces{\hbox{\lx@xy@drawline@}}\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces{\hbox{\kern 0.0pt\raise-8.3611pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{$\textstyle{\hbox{}}$}}}}}{\hbox{\lx@xy@droprule}}\ignorespaces{\hbox{\kern 0.0pt\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 51.7629pt\raise 0.0pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{\hbox{\kern 3.0pt\raise-2.5pt\hbox{$\textstyle{}$}}}}}}}{\hbox{\kern-23.75075pt\raise-31.33331pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{\hbox{\kern 3.0pt\raise-2.5pt\hbox{$\textstyle{\operatorname{Spec}\mathscr{O}_{\mathscr{X},\mathbf{x}}\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces}$}}}}}}}\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces\ignorespaces{\hbox{\kern 23.75075pt\raise-31.33331pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{$\textstyle{\hbox{}}$}}}}}{\hbox{\lx@xy@droprule}}\ignorespaces{\hbox{\kern 48.0129pt\raise-31.33331pt\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 48.0129pt\raise-31.33331pt\hbox{\hbox{\kern 0.0pt\raise 0.0pt\hbox{\hbox{\kern 3.0pt\raise-2.5pt\hbox{$\textstyle{\mathscr{A}}$}}}}}}}\ignorespaces\ignorespaces}}}}},

toutes les flèches sont plates. Il s’ensuit que l’on a pour tout entier nn et tout 𝒜\mathscr{A}-module de type fini des isomorphismes naturels

((ℐn​ℱ)/(ℐn+1​ℱ))𝐱≃(ℐn​ℱ𝐱)/(ℐn+1​ℱ𝐱)((\mathscr{I}^{n}\mathscr{F})/(\mathscr{I}^{n+1}\mathscr{F}))_{\mathbf{x}}\simeq(\mathscr{I}^{n}\mathscr{F}_{\mathbf{x}})/(\mathscr{I}^{n+1}\mathscr{F}_{\mathbf{x}})

et

((ℐn​ℱ)/(ℐn+1​ℱ))x≃(ℐn​ℱx)/(ℐn+1​ℱx).((\mathscr{I}^{n}\mathscr{F})/(\mathscr{I}^{n+1}\mathscr{F}))_{x}\simeq(\mathscr{I}^{n}\mathscr{F}_{x})/(\mathscr{I}^{n+1}\mathscr{F}_{x}).

Par conséquent,

dim𝒪X,x/ℐ(ℐn​ℱx)/(ℐn+1​ℱx)=dim𝒪𝒳,𝐱/ℐ(ℐn​ℱ𝐱)/(ℐn+1​ℱ𝐱).\dim_{\mathscr{O}_{X,x}/\mathscr{I}}(\mathscr{I}^{n}\mathscr{F}_{x})/(\mathscr{I}^{n+1}\mathscr{F}_{x})=\dim_{\mathscr{O}_{\mathscr{X},\mathbf{x}}/\mathscr{I}}(\mathscr{I}^{n}\mathscr{F}_{\mathbf{x}})/(\mathscr{I}^{n+1}\mathscr{F}_{\mathbf{x}}).

Le lemme en résulte par dévissage. ∎

4.5.3

Soit XX un espace kk-analytique irréductible, soit ℱ\mathscr{F} un faisceau cohérent sur XX, et soit ℐ\mathscr{I} le faisceau des éléments localement nilpotents sur XX. Fixons un domaine affinoïde non vide VV de XX. La suite de faisceaux cohérents

ℱ⊃ℐ​ℱ⊃ℐ2​ℱ​…⊃ℐm​ℱ⊃ℐm+1​ℱ⊃…\mathscr{F}\supset\mathscr{I}\mathscr{F}\supset\mathscr{I}^{2}\mathscr{F}\ldots\supset\mathscr{I}^{m}\mathscr{F}\supset\mathscr{I}^{m+1}\mathscr{F}\supset\ldots

s’annule à un rang fini lorsqu’on la restreint à VV  ; elle s’annule donc génériquement à un rang fini, c’est-à-dire qu’il existe nn tel que ℐn​ℱ\mathscr{I}^{n}\mathscr{F} soit nul au-dessus d’un ouvert de Zariski non vide de XX.

Soit nn un entier. Le faisceau ℱm:=ℐm​ℱ/ℐm+1​ℱ\mathscr{F}_{m}:=\mathscr{I}^{m}\mathscr{F}/\mathscr{I}^{m+1}\mathscr{F} est un faisceau cohérent de 𝒪X/ℐ\mathscr{O}_{X}/\mathscr{I}-modules, c’est-à-dire un faisceau cohérent sur XredX_{\text{red}}. Sa restriction à VredV_{\text{red}} est génériquement libre sur chacune des composantes irréductibles de VredV_{\text{red}}. Par conséquent, l’ouvert de Zariski UU de XredX_{\text{red}} au-dessus duquel ℱm\mathscr{F}_{m} est libre est non vide. Comme UU est connexe ([7], Corollaire 3.3.20), le rang de ℱm\mathscr{F}_{m} est constant sur cet ouvert ; on le note rm​(ℱ)r_{m}(\mathscr{F}).

Pour mm assez grand, on a rm​(ℱ)=0r_{m}(\mathscr{F})=0. On note ℓ⁡(ℱ)=∑m≥0rm​(ℱ)\ell(\mathscr{F})=\sum_{m\geq 0}r_{m}(\mathscr{F}) et on dit que c’est la longueur générique du faisceau cohérent ℱ\mathscr{F}. Lorsque ℱ=𝒪X\mathscr{F}=\mathscr{O}_{X}, on dit que ℓ⁡(𝒪X)\ell(\mathscr{O}_{X}) est la multiplicité générique de XX.

Soit vv un point de VV tel que 𝒪V,v\mathscr{O}_{V,v} soit artinien. La longueur générique de ℱ\mathscr{F} est alors égale par construction à la longueur de ℱ|V\mathscr{F}|_{V} en vv, et la multiplicité générique de XX est égale à la multiplicité de VV en vv.

4.5.4

Soit WW un espace kk-affinoïde et soit π:V→W\pi\colon V\to W un morphisme fini  ; soit ww un point de WW tel que 𝒪W,w\mathscr{O}_{W,w} soit un corps. Le morphisme Vred→WV_{\text{red}}\to W est fini et plat au-dessus de ww  ; soit θ\theta le degré correspondant. Alors, π∗​𝒪V⊗𝒪W,w\pi_{*}\mathscr{O}_{V}\otimes\mathscr{O}_{W,w} est un espace vectoriel de dimension θ\theta sur 𝒪W,w\mathscr{O}_{W,w}, tandis que π∗​ℱm|V⊗𝒪W,w\pi_{*}\mathscr{F}_{m}|V\otimes\mathscr{O}_{W,w} est un espace vectoriel de dimension rm​(ℱ)​θr_{m}(\mathscr{F})\theta. Par suite, la dimension de π∗​ℱ|V⊗𝒪W,w\pi_{*}\mathscr{F}|_{V}\otimes\mathscr{O}_{W,w} est égal à ℓ⁡(ℱ)​θ\ell(\mathscr{F})\theta.

4.5.5

Soit LL un corps tel que XLX_{L} soit encore irréductible. L’espace (Xred)L(X_{\text{red}})_{L} n’est pas forcément réduit, et rm​(ℱL)r_{m}(\mathscr{F}_{L}) diffère de rm​(ℱ)r_{m}(\mathscr{F}) en général  ; il résulte plus précisément des définitions que ℓ⁡(ℱL)=𝗆​∑rm​(ℱ)\ell(\mathscr{F}_{L})=\mathsf{m}\sum r_{m}(\mathscr{F}), où 𝗆\mathsf{m} est la multiplicité générique de (Xred)L(X_{\text{red}})_{L}.

4.5.6

Soit XX un espace kk-analytique irréductible de dimension nn, soit YY un espace kk-analytique et soit π:Y→X\pi:Y\to X un morphisme fini. Soit 𝗆\mathsf{m} la multiplicité générique de XX, et soit 𝗇\mathsf{n} l’entier ∑rm​(π∗​𝒪Y)\sum r_{m}(\pi_{*}\mathscr{O}_{Y}). Il résulte de ce qui précède que pour tout domaine affinoïde VV de YY, pour tout morphisme fini φ:V→W\varphi:V\to W où WW est un espace kk-affinoïde, et pour tout point ww de WW tel que 𝒪W,w\mathscr{O}_{W,w} soit un corps, le degré de Y×XVY\times_{X}V au-dessus de ww est égal au produit du degré de VV au-dessus de ww par 𝗇/𝗆\mathsf{n}/\mathsf{m}. On dira que 𝗇/𝗆\mathsf{n}/\mathsf{m} est le degré intégral de YY sur XX.

4.5.7

On déduit alors de la définition des intégrales que pour toute (n,n)(n,n)-forme mesurable ω\omega sur XX à support fortement paracompact dans XX, on a ∫Y|π∗​ω|=(𝗇/𝗆)​∫X|ω|\int_{Y}\mathopen{|}{\pi^{*}\omega}\mathclose{|}=(\mathsf{n}/\mathsf{m})\int_{X}\mathopen{|}{\omega}\mathclose{|}, et ∫Yπ∗​ω=(𝗇/𝗆)​∫Xω\int_{Y}\ \pi^{*}\omega=(\mathsf{n}/\mathsf{m})\int_{X}\omega dans le cas intégrable.

De même, si ω\omega est une (n−1,n)(n-1,n)-forme mesurable ω\omega sur XX à support fortement paracompact dans XX, on a ∫∂Y|π∗​ω|=(𝗇/𝗆)​∫∂X|ω|\int_{\partial Y}\mathopen{|}{\pi^{*}\omega}\mathclose{|}=(\mathsf{n}/\mathsf{m})\int_{\partial X}\mathopen{|}{\omega}\mathclose{|}, et ∫∂Yπ∗​ω=(𝗇/𝗆)​∫∂Xω\int_{\partial Y}\ \pi^{*}\omega=(\mathsf{n}/\mathsf{m})\int_{\partial X}\omega dans le cas intégrable.

Donnons maintenant quelques exemples.

\exemname 4.5.8.

Le degré intégral de YY au-dessus de XX est nul si et seulement si dimY<n\dim Y<n.

\exemname 4.5.9.

Si XX est réduit, π∗​𝒪Y\pi_{*}\mathscr{O}_{Y} est génériquement libre sur XX, et le degré intégral de YY sur XX est simplement le rang correspondant. En particulier, si Y→XY\to X est plat son degré intégral est égal à son degré.

\exemname 4.5.10.

Supposons que Y=XredY=X_{\text{red}} et soit 𝗆\mathsf{m} la multiplicité générique de XX  ; le degré intégral de Y=XredY=X_{\text{red}} sur XX est alors égal à 1/𝗆1/\mathsf{m}. Ainsi si X=ℳ⁡(k⁡[ϵ])X=\mathscr{M}(k[\epsilon]) avec ϵN=0\epsilon^{N}=0 et ϵN−1≠0\epsilon^{N-1}\neq 0 pour un certain N≥1N\geq 1, on a Y=ℳ⁡(k)Y=\mathscr{M}(k), et le degré intégral de YY sur XX est égal à 1/N1/N.

Remarquons que le degré intégral de YY sur XX est encore égal à 1/𝗆1/\mathsf{m} si l’on suppose simplement que YY s’identifie génériquement avec XredX_{\text{red}}. C’est par exemple le cas lorsque YY est le normalisé de XX ([29], définition 5.10).

4.5.11

Cette notion de degré intégral s’étend comme suit au cas des espaces analytiques non nécessairement irréductibles. Soit XX un espace kk-analytique purement de dimension nn, soit Y→XY\to X un morphisme fini, soit TT une composante irréductible de XX, et soit ZZ la réunion des autres composantes. Munissons TT de sa structure générique de sous-espace analytique fermé de XX, définie en prenant G-localement l’adhérence schématique de T−ZT-Z. Le degré intégral de Y×XTY\times_{X}T sera appelé plus brièvement le degré intégral de YY au-dessus de TT.

Comme le support d’une (n,n)(n,n)-forme est constitué uniquement de points xx tel que dk​(x)=nd_{k}(x)=n, il ne contient aucun point situé sur deux composantes irréductibles distinctes de XX.

Par conséquent, la formule donnée ci-dessus se généralise comme suit. Soit (Xi)(X_{i}) la famille des composantes irréductibles de XX  ; pour tout ii, soit did_{i} le degré intégral de YY au-dessus de YiY_{i}. Si ω\omega est une (n,n)(n,n)-forme mesurable sur XX à support fortement paracompact dans XX, on a alors ∫Y|f∗​(ω)|=∑idi​∫Xi|ω|\int_{Y}\mathopen{|}{f^{*}(\omega)}\mathclose{|}=\sum_{i}d_{i}\int_{X_{i}}\mathopen{|}{\omega}\mathclose{|}, et la même chose sans les valeurs absolues dans le cas intégrable.

Cela vaut également mutatis mutandis pour les (n−1,n)(n-1,n)-formes.

Si XX est irréductible, si Y→XY\to X est fini de degré intégral dd et si LL est une extension complète de kk alors le degré intégral de YLY_{L} sur chacune des composantes irréductibles de XLX_{L} est égal à dd.

4.6 Le courant d’intégration δdiv⁡(f)\delta_{\operatorname{div}(f)} et la formule de Poincaré–Lelong

\lemmname 4.6.1.

Soit XX un espace kk-analytique purement de dimension nn et topologiquement séparé. Soit uu une fonction de XX dans 𝐑∪{±∞}\mathbf{R}\cup\{\pm\infty\} telle qu’il existe un ouvert de Zariski dense X∗⊂XX^{*}\subset X telle que u|X∗u|_{X^{*}} soit lisse. Posons Z=X X∗Z=X\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}}X^{*}.

L’application linéaire [u][u] qui, à une (n,n)(n,n)-forme α∈𝒜cn,n​(X)\alpha\in\mathscr{A}^{n,n}_{\text{c}}(X), associe l’intégrale ∫X∗u​α\int_{X^{*}}u\alpha est un courant de bidegré (0,0)(0,0) sur XX.

Démonstration.

Il faut vérifier, d’une part que ces intégrales convergent, et d’autre part que cette application linéaire est continue.

Soit UU un domaine affinoïde de XX, soit (g:U→𝐆mr,P)(g\colon U\rightarrow\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{r},P) une carte tropicale sur UU et soit λ\lambda une fonction lisse dont le support est compact et contenu dans Ů\mathring{U}. Notons KK l’intersection du support de λ\lambda et de la réunion dans UU des images réciproques par p∘gp\circ g des squelettes de 𝐆mn\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n}, pour toute projection standard pp de 𝐆mr\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{r} sur 𝐆mn\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n} ; si r<nr<n, on pose K=∅K=\emptyset. L’ensemble KK est une partie compacte de Ů\mathring{U} ; pour toute (n,n)(n,n)-forme lisse ω\omega sur PP, le support de λ​g∗​ω\lambda g^{*}\omega est contenu dans KK. En outre, puisque ZZ est un fermé de Zariski d’intérieur vide de XX, Z∩K=∅Z\cap K=\emptyset ; autrement dit, K⊂X∗K\subset X^{*}.

Il existe un domaine affinoïde VV de UU tel que K⊂V⊂X∗∩UK\subset V\subset X^{*}\cap U. La restriction à U∩X∗U\cap X^{*} de u​λ​g∗​ωu\lambda g^{*}\omega est une forme lisse donc le support est contenu dans VV ; la convergence de l’intégrale de u​λ​g∗​ωu\lambda g^{*}\omega sur U∩X∗U\cap X^{*} en découle, de même que l’égalité ∫X∗u​λ​g∗​ω=∫Vu​λ​g∗​ω\int_{X^{*}}u\lambda g^{*}\omega=\int_{V}u\lambda g^{*}\omega.

Par un argument de partitions de l’unité, il en résulte que l’application linéaire [u][u] est bien définie.

La description précédente dans une carte tropicale fixée entraîne aussi que ⟨[u],λ​g∗​ωj⟩→0\langle[u],\lambda g^{*}\omega_{j}\rangle\rightarrow 0 si ωj→0\omega_{j}\rightarrow 0. Par suite, [u][u] est un courant. ∎

4.6.2

Soit ff une fonction méromorphe régulière sur XX. Soit X∗X^{*} le sous-espace de XX formé des points au voisinage desquels ff est définie et non nulle  ; c’est un ouvert de Zariski d’intérieur vide de XX sur lequel la fonction log⁡|f|\log\mathopen{|}{f}\mathclose{|} est lisse. Le lemme précédent fournit ainsi un courant [log⁡|f|][\log\mathopen{|}{f}\mathclose{|}] de bidegré (0,0)(0,0) sur XX.

4.6.3

Soit XX un espace kk-analytique purement de dimension nn et topologiquement séparé. Soit ff une fonction analytique sur XX, non diviseur de zéro. Soit ZZ le sous-espace analytique fermé de XX d’équation f=0f=0  ; il est purement de dimension n−1n-1.

L’application α↦∫Zα\alpha\mapsto\int_{Z}\alpha est alors un (1,1)(1,1)-courant positif, qui est fermé dès que XX est sans bord. On le note δdiv⁡(f)\delta_{\operatorname{div}(f)}.

\lemmname 4.6.4.

Si ff et gg sont deux fonctions non diviseurs de zéro sur XX alors δdiv⁡(f​g)=δdiv⁡(f)+δdiv⁡(g)\delta_{\operatorname{div}(fg)}=\delta_{\operatorname{div}(f)}+\delta_{\operatorname{div}(g)}.

Démonstration.

En raisonnant G-localement on se ramène au cas où XX est affinoïde, d’algèbre associée 𝒜\mathscr{A}. La suite exacte

0→g.𝒜/(f​g)→𝒜⁡(f​g)→𝒜/(g)→00\to g.\mathscr{A}/(fg)\to\mathscr{A}(fg)\to\mathscr{A}/(g)\to 0

peut se récrire

0→𝒜/(f)→𝒜/f​g→𝒜/(g)→00\to\mathscr{A}/(f)\to\mathscr{A}/fg\to\mathscr{A}/(g)\to 0

puisque gg n’est pas diviseur de zéro dans AA. Soit YY une composante irréductible commune aux lieux des zéros de ff et gg. Par un calcul de longueur en un point de YY dont l’anneau local est artinien, on déduit de la suite exacte ci-dessus que la multiplicité générique de YY comme composante de {fg=0}\{fg=0\} est égale à la somme de sa multiplicité générique comme composante de {f=0}\{f=0\} et de sa multiplicité générique comme composante de {g=0}\{g=0\}. L’assertion requise s’ensuit aussitôt.

∎

L’additivité de f↦δdiv⁡(f)f\mapsto\delta_{\operatorname{div}(f)} permet de définir le courant associé à un quotient f/gf/g de deux fonctions holomorphes non diviseur de zéro (par la formule δdiv⁡((f/g))=δdiv⁡(f)−δdiv⁡(g)\delta_{\operatorname{div}((f/g))}=\delta_{\operatorname{div}(f)}-\delta_{\operatorname{div}(g)}) puis, par recollement, de définir δdiv⁡(h)\delta_{\operatorname{div}(h)} pour toute fonction méromorphe régulière hh.

Le courant δdiv⁡(h)\delta_{\operatorname{div}(h)} est fermé si XX est sans bord, il n’est évidemment pas positif en général.

\theoname 4.6.5 (Formule de Poincaré-Lelong).

Soit XX un espace kk-analytique purement de dimension nn et topologiquement séparé. et soit ff une fonction méromorphe régulière sur XX. On a l’égalité

δdiv⁡(f)=d′​d′′⁡[log⁡|f|].\delta_{\operatorname{div}(f)}=\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}[\log|f|].
Démonstration.

Le théorème est local sur XX. On peut donc supposer que ff est de la forme g/hg/h, avec gg et hh holomorphes non diviseurs de zéro. Par additivité des deux termes de l’égalité à établir, on se ramène alors au cas où ff est holomorphe. Pour alléger les notations, nous nous permettrons de noter encore ff le morphisme X→𝐀1X\to\mathbf{A}^{1} qu’elle induit.

On peut supposer que XX est S1S_{1}, et que f:X→𝐀1f:X\to\mathbf{A}^{1} est purement de dimension relative n−1n-1.

En effet, soit x∈Xx\in X. Supposons que f⁡(x)=0f(x)=0. Comme ff n’est pas diviseur de zéro, elle est de dimension relative n−1n-1 en xx  ; elle est donc de dimension majorée par n−1n-1 au voisinage de xx ([28], th. 4.9), et même égale à n−1n-1 en vertu du Hauptidealsatz, au voisinage de xx. Par ailleurs, ff appartient à l’idéal maximal de 𝒪X,x\mathscr{O}_{X,x}, et n’est pas diviseur de zéro dans celui-ci  ; en conséquence, 𝒪X,x\mathscr{O}_{X,x} est S1S_{1}. Il existe dès lors un voisinage ouvert UU de xx dans XX tel que UU soit S1S_{1} et tel que f|Uf|_{U} soit purement de dimension relative n−1n-1.

Si f⁡(x)≠0f(x)\neq 0, il existe un voisinage UU de xx sur lequel ff est inversible. Les deux termes de l’égalité à établir sont nuls sur UU, et celle-ci est dès lors vérifiée sur UU.

On peut donc supposer que XX est S1S_{1} et que f:X→𝐀1f:X\to\mathbf{A}^{1} est purement de dimension relative n−1n-1.

Soit VV un domaine affinoïde de XX, et soit g:V→𝐆mNg:V\to\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{N} un moment. Pour tout t∈Dt\in D on note VtV_{t} la fibre f|V−1​(t)f|_{V}^{-1}(t)  ; pour tout intervalle réel II on note VIV_{I} le domaine analytique de VV défini par la condition |f|∈I|f|\in I. On désigne par hh le moment produit (g,f):V→𝐆mN×𝐀1(g,f):V\to\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{N}\times\mathbf{A}^{1}.

Si PP est un polytope de dimension nn et si 𝒞\mathscr{C} est une décomposition cellulaire de PP, la réunion des nn-cellules de 𝒞\mathscr{C} est un polytope purement de dimension nn qui ne dépend pas de 𝒞\mathscr{C}. Nous l’appellerons le nn-squelette de PP.

\propname 4.6.6.

Il existe un polytope calibré P⊂𝐑NP\subset\mathbf{R}^{N} purement de dimension n−1n-1 et un réel r>0r>0 possédant les propriétés suivantes :

  • 1)

    pour tout t∈V[0;r[t\in V_{[0;r[} le (n−1)(n-1)-squelette de gtrop​(Vt)g_{\text{trop}}(V_{t}) est égal à PP en tant que polytope calibré  ;

  • 2)

    pour tout segment II contenu dans ]0;r[]0;r[ le nn-squelette de htrop​(VI)h_{\text{trop}}(V_{I}) est égal à P×IP\times I en tant que polytope calibré, où P×IP\times I est muni du produit du calibrage de PP par le calibrage standard de II.

Démonstration.

Le domaine analytique gtrop−1​(gtrop​(V0))g_{\text{trop}}^{-1}(g_{\text{trop}}(V_{0})) de VV contient le fermé de Zariski V0V_{0}  ; il contient donc un voisinage de V0V_{0} (car V0↪VV_{0}\hookrightarrow V est sans bord). Par propreté topologique de ff, on en déduit que gtrop​(Vt)g_{\text{trop}}(V_{t}) est inclus dans gtrop​(V0)g_{\text{trop}}(V_{0}) pour tout tt suffisamment proche de 00.

Nous allons établir un résultat analogue à propos de ∂V\partial V. Celui-ci est contenue dans une réunion finie de compacts qui sont chacun de la forme φ−1​(ηs)\varphi^{-1}(\eta_{s}) pour un certain φ:V→𝐀1\varphi:V\to\mathbf{A}^{1} et un certain s>0s>0 ([32], lemme 3.1).

Soit φ:V→𝐀1\varphi:V\to\mathbf{A}^{1} un morphisme et soit s>0s>0. Pour tout x∈φ−1​(ηs)∩V0x\in\varphi^{-1}(\eta_{s})\cap V_{0}, on a n−1≤dk​(x)=dℋ⁡(ηs)​(x)+1n-1\leq d_{k}(x)=d_{{\mathscr{H}}(\eta_{s})}(x)+1  ; par conséquent, dℋ⁡(ηs)​(x)≤n−2d_{{\mathscr{H}}(\eta_{s})}(x)\leq n-2, et la dimension ℋ⁡(ηs){\mathscr{H}}(\eta_{s})-analytique de φ−1​(ηs)∩V0\varphi^{-1}(\eta_{s})\cap V_{0} est donc de dimension majorée par n−2n-2. Dès lors, gtrop​(φ−1​(ηs)∩V0)g_{\text{trop}}(\varphi^{-1}(\eta_{s})\cap V_{0}) est un polytope QQ de dimension inférieure ou égale à n−2n-2. Son image réciproque gtrop−1​(Q)g_{\text{trop}}^{-1}(Q) est un domaine analytique compact de VV. Son intersection avec φ−1​(ηs)\varphi^{-1}(\eta_{s}) est un domaine analytique compact WW de ce dernier, qui est dès lors un voisinage de W∩V0W\cap V_{0} dans φ−1​(ηs)\varphi^{-1}(\eta_{s})  ; par conséquent, WW contient φ−1​(ηs)∩Vt\varphi^{-1}(\eta_{s})\cap V_{t} pour tt suffisamment petit.

Il s’ensuit qu’il existe un polytope Δ⊂gtrop​(V0)\Delta\subset g_{\text{trop}}(V_{0}) de dimension ≤n−2\leq n-2 tel que gtrop​(∂V∩Vt)⊂Δg_{\text{trop}}(\partial V\cap V_{t})\subset\Delta pour tout tt suffisamment petit. Soit rr tel que gtrop​(Vt)⊂gtrop​(V0)g_{\text{trop}}(V_{t})\subset g_{\text{trop}}(V_{0}) et gtrop​(∂V∩Vt)⊂Δg_{\text{trop}}(\partial V\cap V_{t})\subset\Delta pour tout t∈D⁡(0,r)t\in D(0,r).

Choisissons une décomposition cellulaire 𝒞\mathscr{C} de gtrop​(V0)g_{\text{trop}}(V_{0}) telle que Δ\Delta soit contenu dans la réunion des n−2n-2 cellules de 𝒞\mathscr{C}.

Soit PP une (n−1)(n-1)-cellule de 𝒞\mathscr{C}. Il suffit de montrer les résultats suivants :

  • —

    pour tout t∈D⁡(0,r)t\in D(0,r), on a P⊂gtrop​(Vt)P\subset g_{\text{trop}}(V_{t}), et le calibrage de gtrop​(Vt)g_{\text{trop}}(V_{t}) sur PP est constant et égal à celui de gtrop​(V0)g_{\text{trop}}(V_{0}) sur PP  ;

  • —

    pour tout segment II de ]0;r[]0;r[ le calibrage de htrop​(VI)h_{\text{trop}}(V_{I}) sur P×IP\times I se déduit de celui de gtrop​(V0)g_{\text{trop}}(V_{0}) sur PP par produit avec le calibrage standard de II.

Il résulte de la définition des calibrages que l’on peut, pour ce faire, remplacer VV par gtrop−1​(P)g_{\text{trop}}^{-1}(P) puis, en composant gg avec une projection 𝐆mN→𝐆mn−1\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{N}\to\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n-1} bien choisie (de façon à induire une injection sur PP), supposer que N=n−1N=n-1  ; notons que l’égalité P̊∩gtrop​(∂V∩Vt)=∅\mathring{P}\cap g_{\text{trop}}(\partial V\cap V_{t})=\emptyset (pour t∈D⁡(0,r)t\in D(0,r)) est préservée par cette modification.

Soit t∈D⁡(0,r)t\in D(0,r) et soit StS_{t} le squelette de (𝐆mn−1)t(\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n-1})_{t}. Soit xx un point de l’image canonique P̊sq,t\mathring{P}_{{\mathrm{sq}},t} de P̊\mathring{P} dans StS_{t}. Nous allons montrer que hh est fini et plat de degré strictement positif au-dessus de xx, et que ce degré ne dépend pas de xx.

La dimension relative de hh est égale à 00 au-dessus de xx. En effet, dℋ⁡(t)​(x)=n−1d_{{\mathscr{H}}(t)}(x)=n-1. Si yy est un antécédent de xx par hh, on a

dℋ⁡(t)​(y)=dℋ⁡(x)​(y)+dℋ⁡(t)​(x)=dℋ⁡(x)​(y)+n−1.d_{{\mathscr{H}}(t)}(y)=d_{{\mathscr{H}}(x)}(y)+d_{{\mathscr{H}}(t)}(x)=d_{{\mathscr{H}}(x)}(y)+n-1.

Comme VtV_{t} est de dimension n−1n-1, on a dℋ⁡(t)​(y)≤n−1d_{{\mathscr{H}}(t)}(y)\leq n-1 et donc dℋ⁡(x)​(y)=0d_{{\mathscr{H}}(x)}(y)=0. La fibre de hh en xx est donc de dimension nulle, ce qu’on souhaitait établir.

Le morphisme hh est sans bord en tout point situé au-dessus de xx. En effet, la projection de xx sur (𝐆mn−1)trop(\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n-1})_{\text{trop}} appartient par construction à P̊\mathring{P}, laquelle ne rencontre pas gtrop​(∂V∩Vt)g_{\text{trop}}(\partial V\cap V_{t})  ; tous les antécédents de xx par hh sont dès lors des points intérieurs de VV, d’où l’assertion.

Le morphisme hh est plat au-dessus de xx. En effet, comme dℋ⁡(t)​(x)=n−1d_{{\mathscr{H}}(t)}(x)=n-1, on a dk​(x)≤n−1d_{k}(x)\leq n-1. En conséquence, il résulte de 2.1.3 que l’anneau local 𝒪𝐆mn−1×𝐀1,x\mathscr{O}_{\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n-1}\times\mathbf{A}^{1},x} est de dimension ≤1\leq 1  ; c’est donc ou bien un corps, ou bien un anneau de valuation discrète, puisque 𝐆mn−1×𝐀1\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n-1}\times\mathbf{A}^{1} est lisse. Si c’est un corps, l’assertion est évidente.

Supposons que ce soit un anneau de valuation discrète, et soit yy un antécédent de xx. Comme 𝒪𝐆mn−1×𝐀1,x\mathscr{O}_{\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n-1}\times\mathbf{A}^{1},x} est un anneau de valuation discrète, la dimension centrale de ce germe (2.1.3) vaut 1. Le morphisme hh étant fini en yy par ce qui précède, la dimension centrale de 𝒪V,y\mathscr{O}_{V,y} est égale à 11 d’après le lemme 1.13 de [30]. En utilisant à nouveau 2.1.3, on voit que 𝒪V,y\mathscr{O}_{V,y} est de dimension 11. Comme XX est S1S_{1}, l’anneau local 𝒪V,y\mathscr{O}_{V,y} est S1S_{1} (cf. [29], th. 3.4) et donc de Cohen-Macaulay.

Récapitulons : 𝒪V,y\mathscr{O}_{V,y} est une 𝒪𝐆mn−1×𝐀1,x\mathscr{O}_{\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n-1}\times\mathbf{A}^{1},x}-algèbre finie et de même dimension que 𝒪𝐆mn−1×𝐀1,x\mathscr{O}_{\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n-1}\times\mathbf{A}^{1},x}  ; l’anneau 𝒪𝐆mn−1×𝐀1,x\mathscr{O}_{\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n-1}\times\mathbf{A}^{1},x} est régulier et 𝒪V,y\mathscr{O}_{V,y} est de Cohen-Macaulay. Par conséquent, la 𝒪𝐆mn−1×𝐀1,x\mathscr{O}_{\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n-1}\times\mathbf{A}^{1},x}-algèbre 𝒪V,y\mathscr{O}_{V,y} est plate, et hh est ainsi plat en tout point situé au-dessus de xx.

Le degré de hh au-dessus de xx ne dépend pas de xx. Cela résulte simplement de la connexité de Σ:={P̊sq,t}t∈D⁡(0,r)\Sigma:=\{\mathring{P}_{{\mathrm{sq}},t}\}_{t\in D(0,r)}, que nous allons établir. Si ξ∈P̊\xi\in\mathring{P}, notons ξsq,t\xi_{{\mathrm{sq}},t} le point de P̊sq,t\mathring{P}_{{\mathrm{sq}},t} qui lui correspond. Donnons-nous deux points ξsq,t11\xi^{1}_{{\mathrm{sq}},t_{1}} et ξsq,t22\xi^{2}_{{\mathrm{sq}},t_{2}} de Σ\Sigma. On relie alors ξsq,t11\xi^{1}_{{\mathrm{sq}},t_{1}} à ξsq,t12\xi^{2}_{{\mathrm{sq}},t_{1}} grâce à un chemin joignant ξ1\xi^{1} à ξ2\xi^{2} sur P̊\mathring{P}, puis ξsq,t12\xi^{2}_{{\mathrm{sq}},t_{1}} à ξsq,t22\xi^{2}_{{\mathrm{sq}},t_{2}} grâce à un chemin reliant t1t_{1} à t2t_{2} sur D⁡(0,r)D(0,r) (on utilise la continuité de la section de Shilov associé à ξ2\xi^{2}).

Conclusion. Notons dd cette valeur commune du degré. Soit x∈Σx\in\Sigma et soit tt son image sur D⁡(0,r)D(0,r). Comme hh est fini et plat de degré dd au-dessus de xx, le morphisme gt:Vt→(𝐆mn−1)tg_{t}:V_{t}\to(\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n-1})_{t} est fini et plat de degré dd au-dessus de xx par fonctorialité. En particulier, dd est égal au degré de g0g_{0} au-dessus de n’importe quel point de Psq​,0′P^{\prime}_{{\mathrm{sq}},0} et il est donc non nul. Il s’ensuit que P′⊂gtrop​(Vt)P^{\prime}\subset g_{\text{trop}}(V_{t}) pour tout d∈D⁡(0,r)d\in D(0,r)  ; par compacité, P⊂gtrop​(Vt)P\subset g_{\text{trop}}(V_{t}) pour tout t∈D⁡(0,r)t\in D(0,r). Ceci achève la démonstration, nos assertions sur les degrés entraînant les propriétés requises pour les calibrages. ∎

Fin de la preuve de la formule de Poincaré-Lelong.

Les deux courants δdiv⁡f\delta_{\operatorname{div}f} et d′⁡d′′⁡[log⁡|f|]\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}[\log|f|] sont symétriques  ; pour s’assurer de leur égalité, il suffit de les appliquer à une forme test symétrique.

Soit donc ω\omega une forme lisse à support propre sur XX. Par compacité et absence de bord, le support de ω\omega admet un recouvrement fini par des domaines affnoïdes ViV_{i} (i=1,…,mi=1,\ldots,m), contenus dans Int⁡(X)\operatorname{Int}(X) et possédant les propriétés suivantes :

  • —

    tout point du support de ω\omega est contenu dans l’intérieur de l’un des ViV_{i}  ;

  • —

    pour tout ii il existe un moment gi:Ti→Tig_{i}:T_{i}\to T_{i} et une (n,n)(n,n)-forme αi\alpha_{i} sur gi,trop​(Vi)g_{i,{\text{trop}}}(V_{i}) telle que ω|Vi=gi,trop∗​αi\omega|_{V_{i}}=g_{i,{\text{trop}}}^{*}\alpha_{i}.

Notons VV la réunion des ViV_{i}. C’est un domaine analytique compact de XX, et le support de α\alpha est par construction contenu dans l’intérieur de VV.

Pour tout ensemble non vide EE de {1,…,m}\{1,\ldots,m\}, on note VEV_{E} l’intersection ⋂i∈EVi\bigcap_{i\in E}V_{i}. Comme Int⁡(X)\operatorname{Int}(X) est sans bord (et en particulier bon) et topologiquement séparé, il est séparé d’après la proposition 1.4.2 de [8]  ; en conséquence, VEV_{E} est affinoïde.

Choisissons un réel r>0r>0 tel que les conclusions de la proposition 4.6.6 ci-dessus soient satisfaites pour tout EE par VEV_{E}, pour chacun des moments gi|VEg_{i}|_{V_{E}} avec i∈Ei\in E. Comme le support de d′′⁡ω\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\omega ne rencontre aucun fermé de Zariski de dimension <n<n, il ne rencontre pas X0:=f−1​(0)X_{0}:=f^{-1}(0)  ; il existe donc s<rs<r tel que que infSupp​d′′⁡ω|f|>s\inf_{\text{Supp}\;\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\omega}|f|>s.

Soit WW le domaine analytique de VV défini par l’inégalité |f|≥s|f|\geq s  ; on définit de même WiW_{i} et WEW_{E}. Par choix de ss, on a ∫Xlog⁡|f|.d′⁡d′′⁡ω=∫Wlog⁡|f|.d′⁡d′′⁡ω\int_{X}\log|f|.\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\omega=\int_{W}\log|f|.\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\omega. La formule de Green assure que

∫Wlog⁡|f|.d′⁡d′′⁡ω−(d′⁡d′′⁡log⁡|f|)∧ω=∫∂Wlog⁡|f|.d′′⁡ω−(d′′⁡log⁡|f|)∧ω\int_{W}\log|f|.\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\omega-(\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\log|f|)\wedge\omega=\int_{\partial W}\log|f|.\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\omega-(\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\log|f|)\wedge\omega

Nous allons maintenant analyser chacun des quatre termes en lice.

Le terme ∫Wlog⁡|f|.d′⁡d′′⁡ω\int_{W}\log|f|.\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\omega. C’est celui que l’on cherche à calculer.

Le terme ∫W(d′⁡d′′⁡log⁡|f|)∧ω\int_{W}(\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\log|f|)\wedge\omega. Il est nul car d′⁡d′′⁡log⁡|f|=0\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\log|f|=0.

Le terme ∫∂Wlog⁡|f|.d′′⁡ω\int_{\partial W}\log|f|.\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\omega. Il est nul car le support de d′′⁡ω\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\omega est contenu, par choix de VV et du réel ss, dans l’intérieur de WW.

Le terme ∫∂W−(d′′log|f|)∧ω\int_{\partial W}-(\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\log|f|)\wedge\omega. Soit (φℓ)(\varphi_{\ell}) une suite de fonctions 𝒞∞\mathscr{C}^{\infty} de 𝐑\mathbf{R} dans [0;1][0;1] telles que φℓ\varphi_{\ell} vaille 11 sur [log⁡s+1/ℓ;+∞][\log s+1/\ell;+\infty] et 00 sur ]−∞;logs+1/2ℓ]]-\infty;\log s+1/2\ell]. Pour tout entier ℓ\ell, l’intégrale ∫∂W−(d′′log|f|)∧ω\int_{\partial W}-(\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\log|f|)\wedge\omega est égale à

∫∂W(−1+φℓ​(log⁡|f|))​(d′′⁡log⁡|f|)∧ω−∫∂Wφℓ​(log⁡|f|)​(d′′⁡log⁡|f|)∧ω.\int_{\partial W}(-1+\varphi_{\ell}(\log|f|))(\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\log|f|)\wedge\omega-\int_{\partial W}\varphi_{\ell}(\log|f|)(\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\log|f|)\wedge\omega.

Pour tout ℓ\ell, le support de φℓ​(log⁡|f|)​ω\varphi_{\ell}(\log|f|)\omega est par construction contenu dans l’intérieur de WW  ; l’intégrale ∫∂Wφℓ​(log⁡|f|)​(d′′⁡log⁡|f|)∧ω\int_{\partial W}\varphi_{\ell}(\log|f|)(\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\log|f|)\wedge\omega est donc nulle, et il vient ∫∂W−(d′′log|f|)∧ω=∫∂W(−1+φℓ(log|f|))(d′′log|f|)∧ω\int_{\partial W}-(\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\log|f|)\wedge\omega=\int_{\partial W}(-1+\varphi_{\ell}(\log|f|))(\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\log|f|)\wedge\omega.

Fixons EE, choisissons ii dans EE et munissons WEW_{E} du moment h:=(gi,f)h:=(g_{i},f) vers Ti×𝐆mT_{i}\times\mathbf{G}_{\mathrm{m}}. L’intégrale ∫∂WI(−1+φℓ​(log⁡|f|))​(d′′⁡log⁡|f|)∧ω\int_{\partial W_{I}}(-1+\varphi_{\ell}(\log|f|))(\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\log|f|)\wedge\omega peut être calculée via ce moment. Il résulte de la forme de φℓ\varphi_{\ell} que ∫∂WE(−1+φℓ​(log⁡|f|))​(d′′⁡log⁡|f|)∧ω\int_{\partial W_{E}}(-1+\varphi_{\ell}(\log|f|))(\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\log|f|)\wedge\omega tend, lorsque ℓ\ell tend vers l’infini, vers l’intégrale de αi∧d′′⁡x\alpha_{i}\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}x sur la réunion des faces de htrop​(WE)h_{\text{trop}}(W_{E}) contenues dans l’hyperplan x=log⁡sx=\log s.

Comme s<rs<r chacune de ces faces est une (n−1)(n-1)- cellule de gi,trop​(VE​,0)g_{i,{\text{trop}}}(V_{E,0}), et sa discordance comme face de htrop​(WE)h_{\text{trop}}(W_{E}) est égale à son calibrage comme cellule de gi,trop​(VE​,0)g_{i,{\text{trop}}}(V_{E,0}), à produit extérieur près par d′′⁡x\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}x  ; de plus, on obtient ainsi toutes les (n−1)(n-1)-cellules de gi,trop​(VE​,0)g_{i,{\text{trop}}}(V_{E,0}). Par conséquent, ∫∂WI(−1+φℓ​(log⁡|f|))​(d′′⁡log⁡|f|)∧ω\int_{\partial W_{I}}(-1+\varphi_{\ell}(\log|f|))(\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\log|f|)\wedge\omega tend vers ∫VE​,0ω\int_{V_{E,0}}\omega lorsque ℓ\ell tend vers l’infini.

On en déduit l’égalité ∫∂WE−(d′′log|f|)∧ω=∫VE​,0ω.\int_{\partial W_{E}}-(\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\log|f|)\wedge\omega=\int_{V_{E,0}}\omega. Ceci valant pour tout EE, il vient ∫∂W−(d′′log|f|)∧ω=∫V0ω\int_{\partial W}-(\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\log|f|)\wedge\omega=\int_{V_{0}}\omega. Ce dernier terme s’identifie à ∫X0ω\int_{X_{0}}\omega, et l’on a bien établi finalement l’égalité

∫Xlog⁡|f|.d′⁡d′′⁡ω=∫X0ω.\int_{X}\log|f|.\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\omega=\int_{X_{0}}\omega.

∎

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