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6.1.1 Espaces de Zariski-Riemann [01UU]

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6.1.1 Espaces de Zariski-Riemann

Soit KK un corps et soit FF une extension de type fini de KK.

On notera 𝐏F/K\mathbf{P}_{F/K} l’ensemble des valuations de FF triviales sur KK (à équivalence près). Si f1,…,fnf_{1},\ldots,f_{n} sont des éléments de FF, le sous-ensemble de 𝐏F/K\mathbf{P}_{F/K} formé des valuations dont l’anneau contient les fif_{i} sera noté 𝐏F/K​{f1,…,fi}\mathbf{P}_{F/K}\{f_{1},\ldots,f_{i}\}. On munit 𝐏F/K\mathbf{P}_{F/K} de la topologie engendrée par ses sous-ensembles de la forme 𝐏F/K​{f1,…,fi}\mathbf{P}_{F/K}\{f_{1},\ldots,f_{i}\}  ; les ouverts de 𝐏F/K\mathbf{P}_{F/K} qui sont précisément de cette forme seront qualifiés d’affines (remarquons que 𝐏F/K\mathbf{P}_{F/K} lui-même est égal à 𝐏F/K​{∅}\mathbf{P}_{F/K}\{\emptyset\} et est donc affine)  ; tout ouvert affine de 𝐏F/K\mathbf{P}_{F/K} est quasi-compact. On dit que 𝐏F/K\mathbf{P}_{F/K} est l’espace de Zariski-Riemann de l’extension F/KF/K.

Un prémodèle (resp. un modèle) de FF sur KK est une KK-variété irréductible VV munie d’un KK-plongement K⁡(V)↪FK(V)\hookrightarrow F (resp. d’un KK-isomorphisme K⁡(V)≃FK(V)\simeq F)  ; sauf mention expresse du contraire, un morphisme dominant entre prémodèles sera toujours supposé compatible avec les plongements de leurs corps des fonctions dans FF. Il y a modulo cette convention au plus un morphisme dominant entre deux prémodèles de F/KF/K. Si WW et VV sont deux prémodèles de FF sur KK, on dira que WW est propre sur VV pour signifier qu’il existe un morphisme dominant W→VW\to V et que celui-ci est propre.

Si VV est un prémodèle de FF sur KK, on note 𝐏F/K​{V}\mathbf{P}_{F/K}\{V\} le sous-ensemble de 𝐏F/K\mathbf{P}_{F/K} formé des valuations dont l’anneau domine un anneau local de VV. C’est un ouvert quasi-compact de 𝐏F/K\mathbf{P}_{F/K} : pour s’en assurer, on peut supposer que VV est affine, auquel cas 𝐏F/K​{V}=𝐏F/K​{f1,…,fr}\mathbf{P}_{F/K}\{V\}=\mathbf{P}_{F/K}\{f_{1},\ldots,f_{r}\} pour n’importe quelle famille génératrice (f1,…,fn)(f_{1},\ldots,f_{n}) de la KK-algèbre 𝒪V​(V)\mathscr{O}_{V}(V). L’application naturelle 𝐏F/K→V\mathbf{P}_{F/K}\to V est surjective (tout anneau local de corps des fractions contenu dans FF est dominé par un anneau de valuation de FF).

Si WW et VV sont deux prémodèles de FF sur KK et si W→VW\to V est un morphisme dominant, alors 𝐏F/K​{W}⊂𝐏F/K​{V}\mathbf{P}_{F/K}\{W\}\subset\mathbf{P}_{F/K}\{V\}  ; en vertu du critère valuatif de propreté, 𝐏F/K​{W}\mathbf{P}_{F/K}\{W\} est égal à 𝐏F/K​{V}\mathbf{P}_{F/K}\{V\} si et seulement si W→VW\to V est propre  ; en particulier (prendre V=Spec⁡KV=\operatorname{Spec}K) on a 𝐏F/K​{W}=𝐏F/K\mathbf{P}_{F/K}\{W\}=\mathbf{P}_{F/K} si et seulement si WW est propre.

On fait de 𝐏F/K\mathbf{P}_{F/K} un espace annelé en le munissant du faisceau 𝒪𝐏F/K\mathscr{O}_{\mathbf{P}_{F/K}} qui envoie tout ouvert UU sur le sous-anneau de FF formé des fonctions ff telles que v⁡(f)≥0v(f)\geq 0 pour toute valuation v∈Uv\in U. Il résulte immédiatement des définitions que si v∈𝐏F/Kv\in\mathbf{P}_{F/K} alors 𝒪𝐏F/K,v\mathscr{O}_{\mathbf{P}_{F/K},v} coïncide avec l’anneau de vv  ; par conséquent, 𝐏F/K\mathbf{P}_{F/K} est un espace localement annelé.

Si VV est un prémodèle de FF sur KK alors 𝐏F/K​{V}→V\mathbf{P}_{F/K}\{V\}\to V est un morphisme d’espaces annelés.

On définit un fibré vectoriel sur 𝐏F/K\mathbf{P}_{F/K} (ou sur l’un de ses ouverts) comme un 𝒪𝐏F/K\mathscr{O}_{\mathbf{P}_{F/K}}-module localement libre de type fini ; son rang est une fonction constante, appelé le rang du fibré vectoriel. Un fibré en droites est un fibré vectoriel de rang 11.

Un fibré vectoriel de rang constant dd admet une description en termes de 11-cocycle à valeurs dans GLd⁡(𝒪𝐏F/K)\operatorname{GL}_{d}(\mathscr{O}_{\mathbf{P}_{F/K}})  ; un 11-cocycle sur 𝐏F/K\mathbf{P}_{F/K} à valeurs dans GLd⁡(𝒪𝐏F/K)\operatorname{GL}_{d}(\mathscr{O}_{\mathbf{P}_{F/K}}) définit le fibré trivial si et seulement si c’est un cobord.

Si 𝖴\mathsf{U} est un ouvert de 𝐏F/K\mathbf{P}_{F/K}, on note Fib⁡(𝖴)\operatorname{Fib}(\mathsf{U}) (resp. Fibd⁡(𝖴)\operatorname{Fib}_{d}(\mathsf{U}), Pic⁡(𝖴)\operatorname{Pic}(\mathsf{U})) l’ensemble des classes d’isomorphie de fibrés vectoriels sur 𝖴\mathsf{U} (resp. de fibrés vectoriels de rang dd, de fibrés en droites). Le produit tensoriel munit l’ensemble Pic⁡(𝖴)\operatorname{Pic}(\mathsf{U}) d’une structure de groupe abélien, décrite par le produit des cocycles.

\remaname 6.1.2.

Si VV est un prémodèle de FF sur KK on peut démontrer que 𝐏F/K​{V}\mathbf{P}_{F/K}\{V\} s’identifie, comme espace localement annelé, à la limite projective de « tous » les prémodèles de F/KF/K qui sont propres au-dessus de VV  ; on peut d’ailleurs se limiter aux modèles de F/KF/K propres sur VV, qui forment un système cofinal au sein du précédent.

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