6.2 Métriques [01V4]
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6.2 Métriques
6.2.1 Fibrés vectoriels
Un fibré vectoriel sur un espace -analytique est un faisceau en modules localement libres de rang fini sur le site annelé (à savoir muni de la G-topologie et du faisceau structural).
Il définit par restriction à l’espace topologique un faisceau en -modules, dont on ne sait pas s’il est en général localement libre. C’est toutefois toujours le cas lorsque est bon, et notamment sans bord ; on dispose même plus précisément dans cette situation d’une équivalence entre la catégorie des -modules localement libres de rang fini et celle des -modules localement libres de rang fini ([8], prop. 1.3.4).
Soit un espace analytique et soit un fibré vectoriel sur . Notons l’espace total de : c’est un espace analytique muni d’un morphisme vers dont les sections au-dessus d’un domaine analytique de s’identifient aux sections de sur ce domaine. Si , alors est l’espace affine (analytique) au-dessus de ; dans le cas général, on le construit par recollement.
\definame 6.2.2 (Métriques).
Soit un espace analytique et soit un fibré vectoriel sur . Une métrique continue sur est une application continue qui est une norme dans chaque fibre, au sens suivant : pour tout point , toute extension valuée complète de , l’application de dans donnée par la composition
est une norme ultramétrique sur le -espace vectoriel de dimension finie .
On notera souvent la donnée d’un fibré vectoriel sur et d’une métrique sur ce fibré.
\remaname 6.2.3.
Soit un espace analytique, soit un fibré vectoriel sur muni d’une métrique continue . Pour toute section de sur un domaine analytique de , on déduit de une application continue, notée , de dans : c’est la composition
où l’on note encore la section au-dessus de de la projection canonique de sur .
Notons (resp. ) le faisceau sur l’espace topologique (resp. le site ). Une métrique continue sur donne lieu à un morphisme de faisceaux , noté , qui vérifie les propriétés suivantes :
- —
Si est un domaine analytique de , et , alors ;
- —
Si est un domaine analytique de et , alors ;
- —
Si est un domaine analytique de et , la fonction est à valeurs positives et s’annule en un point de si et seulement si .
\definame 6.2.4 (Métriques lisses).
On dit qu’une métrique sur un fibré vectoriel est lisse si l’application de dans déduite par restriction au complémentaire de la section nulle est lisse.
\remaname 6.2.5.
Soit un fibré en droite muni d’une métrique. Pour que cette métrique soit lisse, il faut et il suffit que pour toute section inversible sur un ouvert de , la fonction soit lisse sur .
La nécessité de la condition est évidente, car est la composition de la norme et de la section déduite de , l’image de cette section étant contenue dans le complémentaire de la section nulle. Inversement, la section fournit un isomorphisme de avec ; par cet isomorphisme, la métrique est transformée en l’application ; sa restriction au complémentaire de la section nulle est donc lisse.
\propname 6.2.6.
Soit un espace -analytique bon et paracompact. Tout fibré en droites sur possède une métrique lisse.
Il serait intéressant de prouver que tout fibré vectoriel sur possède une métrique lisse. Les arguments de la proposition montrent qu’il suffit de savoir traiter le cas d’un fibré vectoriel trivial.
Démonstration.
Soit un fibré en droites sur . Comme est bon, il existe un recouvrement un recouvrement de par des ouverts sur lesquels est trivialisable. Soit une partition de l’unité lisse subordonnée au recouvrement ouvert . Pour tout , soit une section inversible de . Il existe une unique métrique sur pour laquelle,
pour tout ouvert de et toute section inversible de sur , la somme étant réduite aux indices tels que . Pour une telle section , la fonction est lisse, si bien que la métrique ainsi définie sur est lisse. ∎
6.2.7
Si est un espace -analytique, on définit comme le groupe abélien des fonctions continues à valeurs réelles sur possédant la propriété suivante : il existe un G-recouvrement de par des domaines analytiques relativement stricts et, pour tout , un fonction holomorphe inversible sur telle que .
\lemmname 6.2.8.
L’ensemble est un sous-groupe du groupe des fonctions numériques continue sur . Si et sont deux fonctions PL, et sont PL.
Démonstration.
La fonction nulle est évidemment PL. Soit un G-recouvrement de par des domaines analytiques relativement stricts et, pour tout , soit et des fonctions inversibles sur telles que et . La fonction est égale à sur , ce qui prouve qu’elle est PL. De même, la fonction est égale à sur , donc est PL.
Notons et les domaines analytiques de définis par et respectivement. Sur , on a et . sur , on a et . Il en résulte que et sont PL. ∎
\definame 6.2.9.
Soit un espace -analytique et soit un fibré vectoriel métrisé sur . On dit qu’une base de est orthonormée si
| (6.2.9.1) |
pour tout domaine analytique de , toute famille de fonctions analytiques sur et tout .
On dit que est PL (ou que la métrique de est PL) s’il existe un G-recouvrement relativement strict de tel que admette pour tout une base orthonormée.
\exemname 6.2.10 (Métriques formelles).
Soit un fibré vectoriel sur un espace analytique . Considérons un modèle formel de : cela signifie que est -schéma formel, plat et localement topologiquement de type fini muni d’un isomorphisme et que est un fibré vectoriel sur muni d’un isomorphisme . On lui associe une métrique PL sur de la façon suivante.
Soit un recouvrement formel de qui trivialise et soit, pour tout , une trivialisation de . Pour tout , est un domaine analytique de .
Pour toute section de sur le domaine analytique fermé de , il existe une unique famille de fonctions holomorphes sur telles que , et l’on pose ; c’est une fonction continue.
Si est une autre trivialisation de , il existe une matrice inversible telles que . Si , cela entraîne la relation . Pour tout point , , si bien que l’on a . Il en résulte que la définition donnée de ne dépend pas du choix de la trivialisation .
Cela entraîne aussi que ces différentes prescriptions coïncident sur les domaines analytiques , d’où un morphisme de faisceau de dans l’espace des fonctions à valeurs réelles sur .
Comme les domaines forment un G-recouvrement de , tout point de possède un voisinage qui est réunion finie de certains de ces . Par suite, l’image de ce morphisme est contenu dans le faisceau .
C’est une métrique PL sur . De telles métriques seront appelées formelles.
6.2.11
Le produit tensoriel de deux fibrés en droites métrisés et possède une unique métrique pour laquelle si et sont des sections de et respectivement. De même, l’inverse d’un fibré en droites métrisé possède une unique métrique pour laquelle si est une section inversible de . Si les métriques sur et sont continues, resp. PL, resp. lisses, il en est de même des métriques sur et .
\remaname 6.2.12.
On peut définir des fonctions -PL comme les fonctions dont un multiple entier (non nul) est PL, voire les fonctions -PL comme le sous-espace réel engendré par les fonctions PL.
On pourrait définir de même une métrique -PL (resp. -PL) sur un fibré vectoriel comme on l’a fait pour les métriques PL, en remplaçant l’égalité (6.2.9.1) de la définition 6.2.9 par , où les sont des fonctions strictement positives telles que soit -PL (resp. -PL) pour tout .
Une métrique sur un fibré en droites est dite -formelle s’il existe un entier tel que la métrique induite sur la puissance tensorielle est formelle. Une métrique -formelle est -PL.
Ces métriques sont importantes en pratique.
\propname 6.2.13.
Supposons que . Soit un espace strictement -analytique paracompact. Tout fibré vectoriel sur possède une métrique formelle.
Démonstration.
Berkovich démontre dans [8], Théorème 1.6.1, que sous ces hypothèses, correspond à un espace rigide quasi-séparé possédant un recouvrement affinoïde de type fini (au sens où chaque ouvert du recouvrement ne rencontre qu’un nombre fini d’entre eux). D’après le théorème 2.8/3 de [15] (qui étend du cas quasi-compact au cas paracompact le théorème fondamental de Raynaud, théorème 4.1 de [16] ; voir aussi [44]), est la fibre générique d’un schéma formel admissible quasi-paracompact .
Soit alors un fibré vectoriel sur . D’après [8] (bas de la p. 37), il est associé à un fibré vectoriel sur l’espace rigide . De plus, est la fibre générique d’un faisceau cohérent sur . Apparemment, la preuve ne se trouve dans la littérature (proposition 5.6 de [16], par exemple) que sous l’hypothèse que est compact. Cependant, si nous partons d’un recouvrement de type fini de par des affinoïdes, la procédure décrite dans le lemme 5.7 de [16] ne modifiera le modèle formel au voisinage d’un point donné de qu’en un nombre fini d’étapes, si bien que le résultat s’étend, de même que notre fibré vectoriel. Appliquant alors le théorème de platification ([17], théorème 4.1), il existe un éclatement formel tel que le transformé strict de soit localement libre sur . ∎
6.2.14
Pour , notons l’ensemble des classes d’isométrie de fibrés en droites sur munis d’une métrique . Le produit tensoriel et l’inverse le munissent d’une structure de groupe abélien. De plus, l’oubli de la métrique définit un homomorphisme de groupes . Cet homomorphisme est surjectif si est paracompact (et si lorsque ). Son noyau est l’ensemble des métriques sur le fibré en droites trivial. C’est donc le groupe des fonctions sur modulo le sous-groupe des fonctions (continues, lisses et PL) de la forme , pour .
6.2.15
Soit un fibré vectoriel métrisé sur . Soit un morphisme d’espaces -analytiques. On dispose alors d’un carré cartésien
Si est libre, identifié à , est identifié à , le morphisme s’identifie à l’application de dans . On définit alors une métrique sur le fibré vectoriel par la composition .
Si la métrique de est lisse, resp. , il en est de même de la métrique de ainsi définie. Par passage aux classes d’isométrie de fibrés en droites métrisés PL, on en déduit un homomorphisme de groupes .