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5.6 Produits de courants positifs [01U2]

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5.6 Produits de courants positifs

\lemmname 5.6.1.

Soit u1,…,upu^{1},\dots,u^{p} des fonctions psh lisses sur XX, soit α∈𝒜cn−p,n−p​(X)\alpha\in\mathscr{A}^{n-p,n-p}_{\text{c}}(X). Alors, pour tout j∈{1,…,p}j\in\{1,\dots,p\},

∫Xd′​d′′⁡u1∧⋯∧d′​d′′⁡up∧α=∫Xuj​d′​d′′⁡u1∧⋯∧d′​d′′⁡uj^∧⋯∧d′​d′′⁡up∧d′​d′′⁡α.\int_{X}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\alpha=\int_{X}u^{j}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}\wedge\dots\wedge\widehat{\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{j}}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}\alpha.
Démonstration.

Comme les formes de bidegré (k,k)(k,k) commutent, il suffit de traiter le cas où j=1j=1. Alors

d′′⁡(u1​d′​d′′⁡u2∧⋯∧d′​d′′⁡up∧α)OPEN=d′′⁡u1∧d′​d′′⁡u2∧⋯∧d′​d′′⁡up∧α)+u1​d′​d′′⁡u2∧⋯∧d′​d′′⁡up∧d′′⁡α,\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}(u^{1}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{2}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\alpha)\\ =\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{2}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\alpha)+u^{1}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{2}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\alpha,

puis

d′​d′′⁡(u1​d′​d′′⁡u2∧⋯∧d′​d′′⁡up∧α)\displaystyle\hskip-28.45274pt\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}(u^{1}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{2}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\alpha)\hskip-170.71652pt
OPEN=d′​d′′⁡u1∧d′​d′′⁡u2∧⋯∧d′​d′′⁡up∧α)−d′′⁡u1∧d′​d′′⁡u2∧⋯∧d′​d′′⁡up∧d′′⁡α\displaystyle=\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{2}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\alpha)-\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{2}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\alpha
+d′u1d′​d′′u2∧⋯∧d′​d′′up∧d′′α−u1d′​d′′u2∧⋯∧d′​d′′up∧d′​d′′α\displaystyle\quad+\mathop{\mathrm{d^{\prime}}}u^{1}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{2}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime\prime}}\alpha-u^{1}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{2}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}\alpha
OPEN=d′​d′′⁡u1∧d′​d′′⁡u2∧⋯∧d′​d′′⁡up∧α)−u1​d′​d′′⁡u2∧⋯∧d′​d′′⁡up∧d′​d′′⁡α.\displaystyle=\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{2}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\alpha)-u^{1}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{2}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}\alpha.

L’assertion résulte alors de la formule de Green. ∎

\propname 5.6.2.

Soit α∈𝒜cn−p,n−p​(X)\alpha\in\mathscr{A}^{n-p,n-p}_{\text{c}}(X) une forme lisse, soit VV un voisinage compact de son support. Il existe un nombre réel CC tel que pour toutes fonctions psh lisses u1,…,upu^{1},\dots,u^{p} sur XX et toute fonction lisse u0u^{0} sur XX, on ait

|∫Xu0​d′​d′′⁡u1∧⋯∧d′​d′′⁡up∧α|≤C​∥u0∥V​…​∥up∥V.\left|{\int_{X}u^{0}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\alpha}\right|\leq C\mathopen{\|}{u^{0}}\mathclose{\|}_{V}\dots\mathopen{\|}{u^{p}}\mathclose{\|}_{V}.
Démonstration.

La preuve est par récurrence sur pp. Soit UU un voisinage du support de α\alpha qui est contenu dans Int⁡(X)∩V̊\operatorname{Int}(X)\cap\mathring{V}.

Définissons une suite (α0,…,αp)(\alpha_{0},\dots,\alpha_{p}) de formes fortement positives à support contenu dans UU de la façon suivante. Considérons des formes β0\beta_{0} et β0′\beta^{\prime}_{0}, fortement positives et à support contenu dans UU telles que α=β0−β0′\alpha=\beta_{0}-\beta^{\prime}_{0} ; posons α0=β0+β0′\alpha_{0}=\beta_{0}+\beta^{\prime}_{0}. Soit j∈{1,…,p}j\in\{1,\dots,p\} tel que αj−1\alpha_{j-1} est construite. Considérons des formes βj\beta_{j} et βj′\beta^{\prime}_{j}, fortement positives, à support compact contenu dans UU, telles que d′​d′′⁡αj−1=βj−βj′\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}\alpha_{j-1}=\beta_{j}-\beta^{\prime}_{j} et posons αj=βj+βj′\alpha_{j}=\beta_{j}+\beta^{\prime}_{j}.

On commence par écrire

∫Xu0​d′​d′′⁡u1∧⋯∧d′​d′′⁡up∧α=∫Xu0​d′​d′′⁡u1∧⋯∧d′​d′′⁡up∧β0−∫Xu0​d′​d′′⁡u1∧⋯∧d′​d′′⁡up∧β0′.\int_{X}u^{0}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\alpha\\ =\int_{X}u^{0}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\beta_{0}-\int_{X}u^{0}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\beta^{\prime}_{0}.

Le produit des formes fortement positives d′​d′′⁡u1,…,d′​d′′⁡up,β0\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1},\dots,\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p},\beta_{0} est une forme positive et son support est contenu dans UU. Par suite, le premier terme est majoré par

supU(u0)​∫Xd′​d′′⁡u1∧⋯∧d′​d′′⁡up∧β0.\sup_{U}(u^{0})\int_{X}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\beta_{0}.

Un raisonnement analogue avec l’autre terme, ainsi qu’avec −u0-u^{0}, fournit la majoration

|∫Xu0​d′​d′′⁡u1∧⋯∧d′​d′′⁡up∧α|≤∥u0∥U​∫Xd′​d′′⁡u1∧⋯∧d′​d′′⁡up∧β0.\left|{\int_{X}u^{0}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\alpha}\right|\leq\mathopen{\|}{u^{0}}\mathclose{\|}_{U}\int_{X}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\beta_{0}.

Appliquons alors le lemme précédent ; on obtient

|∫Xu0​d′​d′′⁡u1∧⋯∧d′​d′′⁡up∧α|≤∥u0∥U​∫Xu1∧d′​d′′⁡u2∧⋯∧d′​d′′⁡α.\left|{\int_{X}u^{0}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\alpha}\right|\leq\mathopen{\|}{u^{0}}\mathclose{\|}_{U}\int_{X}u^{1}\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{2}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}\alpha.

Par récurrence, il vient

|∫Xu0​d′​d′′⁡u1∧⋯∧d′​d′′⁡up∧α|≤∥u0∥U​∥u1∥V​…​∥up∥V​∫Xαp,\left|{\int_{X}u^{0}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}\wedge\alpha}\right|\leq\mathopen{\|}{u^{0}}\mathclose{\|}_{U}\mathopen{\|}{u^{1}}\mathclose{\|}_{V}\dots\mathopen{\|}{u^{p}}\mathclose{\|}_{V}\int_{X}\alpha_{p},

d’où la proposition puisque U⊂VU\subset V. ∎

\definame 5.6.3.

On dit qu’une fonction uu sur un espace analytique XX est localement psh-approchable si tout point de XX possède un voisinage UU sur lequel uu est limite uniforme de fonctions psh lisses.

On dit qu’une fonction uu est localement approchable si elle est localement la différence de deux fonctions localement psh-approchables.

Les fonctions localement approchables forment un sous-faisceau en 𝐑\mathbf{R}-espaces vectoriels du faisceau des fonctions continues. Il est engendré par le faisceau des fonctions localement psh-approchables qui en forme un sous-faisceau en cônes réels.

\remaname 5.6.4.

Je ne sais pas si toute fonction continue psh est localement psh-approchable, ni même localement approchable. Je ne suis même pas sûr que ce soit vrai : les techniques de régularisation standard (du côté réel) laissent penser que c’est le cas si uu est tropicale et psh (mais encore, passer d’un espace vectoriel à un espace PL ne semble trivial), elle est localement approchable, mais le cas général résiste.

Dans le cas des courbes, je crois avoir prouvé que si uu est psh, et si KK est un compact formé de points de type II ou III, alors uu est limite uniforme sur KK de fonctions psh lisses avec pôles.

\coroname 5.6.5.

Soit u1,…,upu^{1},\dots,u^{p} des fonctions localement psh-approchables sur XX.

Alors, il existe un unique courant positif

d′​d′′⁡u1∧⋯∧d′​d′′⁡up\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}

sur XX tel que pour tout ouvert UU, toute forme lisse α∈𝒜cn−p,n−p​(U)\alpha\in\mathscr{A}^{n-p,n-p}_{\text{c}}(U), et toute famille (unj)(u^{j}_{n}) de suites de fonctions lisses psh sur UU telle que unju^{j}_{n} converge uniformément vers uj|Uu^{j}|_{U},

⟨d′​d′′⁡u1∧⋯∧d′​d′′⁡up,α⟩=limn∫Xd′​d′′⁡un1∧⋯∧d′​d′′⁡unp∧α.\langle\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p},\alpha\rangle=\lim_{n}\int_{X}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}_{n}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}_{n}\wedge\alpha.
Démonstration.

Soit UU un ouvert de XX, soit α∈𝒜cn−p,n−p​(U)\alpha\in\mathscr{A}^{n-p,n-p}_{\text{c}}(U) et soit (unj)(u^{j}_{n}) une famille de suites de fonctions lisses psh sur UU telle que unju^{j}_{n} converge uniformément vers uj|Uu^{j}|_{U}. Il découle de la proposition précédente que la suite (∫Xd′​d′′⁡un1∧⋯∧d′​d′′⁡unp∧α)n(\int_{X}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}_{n}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}_{n}\wedge\alpha)_{n} est de Cauchy, donc converge. Sa limite ne dépend pas des suites (unj)(u^{j}_{n}) choisies : considérons une autre famille (vnj)(v^{j}_{n}) de suites approximantes et construisons la suite dont les termes pairs sont fournis par les suites (unj)(u^{j}_{n}) et les termes impairs par les suites (vnj)(v^{j}_{n}) ; cette suite est encore de Cauchy, donc converge. Il en résulte que (∫Xd′​d′′⁡un1∧⋯∧d′​d′′⁡unp∧α)n(\int_{X}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}_{n}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}_{n}\wedge\alpha)_{n} et (∫Xd′​d′′⁡vn1∧⋯∧d′​d′′⁡vnp∧α)n(\int_{X}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}v^{1}_{n}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}v^{p}_{n}\wedge\alpha)_{n} ont même limite. Notons TU​(α)T_{U}(\alpha) cette limite.

L’application α↦TU​(α)\alpha\mapsto T_{U}(\alpha) est linéaire. Supposons que α\alpha soit faiblement positive. Pour tout nn, les formes d′​d′′⁡un1,…,d′​d′′⁡unp\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}_{n},\dots,\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}_{n} sont fortement positives (elles sont de type (1,1)(1,1)), donc d′​d′′⁡un1∧⋯∧d′​d′′⁡unp∧α\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}_{n}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}_{n}\wedge\alpha est faiblement positive. En particulier, ∫Xd′​d′′⁡un1∧⋯∧d′​d′′⁡unp∧α≥0\int_{X}\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}_{n}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}_{n}\wedge\alpha\geq 0 pour tout nn, donc TU​(α)≥0T_{U}(\alpha)\geq 0. Il résulte alors du lemme 5.4.4 que l’application α↦TU​(α)\alpha\mapsto T_{U}(\alpha) est un courant positif.

Soit VV un ouvert de XX sur lequel les fonctions uju^{j} sont localement psh-approchables. Par construction, les restrictions à U∩VU\cap V des courants TUT_{U} et TVT_{V} coïncident avec le courant TU∩VT_{U\cap V}.

Puisque XX est recouvert par des ouverts sur lesquels les fonctions uju^{j} sont localement psh-approchables, il existe un unique courant TT sur XX dont la restriction à UU est égale à TUT_{U}, pour tout ouvert UU sur lequel les fonctions uju^{j} sont localement psh-approchables. ∎

\coroname 5.6.6.

Soit XX un espace analytique. Il existe un unique morphisme pp-linéaire symétrique

(u1,…,up)↦d′​d′′⁡u1∧⋯∧d′​d′′⁡up(u^{1},\dots,u^{p})\mapsto\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{1}\wedge\dots\wedge\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u^{p}

défini sur le faisceau des fonctions continues localement approchables à valeurs dans le faisceau des mesures sur Int⁡(X)\operatorname{Int}(X), et qui prolonge l’application précédemment définie lorsque u1,…,upu^{1},\dots,u^{p} sont localement psh-approchables.

\definame 5.6.7.

Si uu est une fonction localement approchable sur XX, la mesure (d′​d′′⁡u)n(\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u)^{n} est appelée mesure de Monge-Ampère de uu, et notée MA⁡(u)\operatorname{MA}(u).

Si uu est localement psh-approchable, cette mesure est positive (corollaire 5.6.5).

5.6.8

Dans [5], Bedford et Taylor définissent ∏(d′​d′′⁡(uj))\prod(\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}(u^{j})) par récurrence, si uju^{j} est psh localement bornée. Plus généralement, si TT est un courant positif fermé (symétrique, éventuellement), on pose d′​d′′⁡u∧T=d′​d′′⁡(u​T)\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}u\wedge T=\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}(uT). Autrement dit, on pose ⟨d′​d′′⁡(u​T),α⟩=⟨u​T,d′​d′′⁡α⟩\langle\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}(uT),\alpha\rangle=\langle uT,\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}\alpha\rangle. Comme TT est un courant positif, l’application f↦⟨f​T,α⟩f\mapsto\langle fT,\alpha\rangle est une mesure (signée) à support compact sur XX, donc s’étend aux fonctions mesurables bornées. L’application α↦⟨u​T,α⟩\alpha\mapsto\langle uT,\alpha\rangle est alors un courant sur XX, positif si uu est positive. On définit d′​d′′⁡(u​T)\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}(uT) comme le courant α↦⟨u​T,d′​d′′⁡α⟩\alpha\mapsto\langle uT,\mathop{\mathrm{d}^{\prime}\mathrm{d}^{\prime\prime}}\alpha\rangle. Pour prouver qu’il est positif, il faudrait démontrer que uu est limite décroissante de fonctions psh lisses. Il est aussi fermé (c’est évident).

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