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6.5 Préliminaires à propos de la réduction des germes [01W6]

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6.5 Préliminaires à propos de la réduction des germes

Le résultat suivant est certainement bien connu  ; nous en rappelons la preuve pour la commodité du lecteur.

\lemmname 6.5.1.

Soit 𝔛\mathfrak{X} un schéma formel plat et séparé sur k∘k^{\circ} admettant un recouvrement localement fini par des ouverts affines topologiquement de présentation finie sur k∘k^{\circ}, soit x∈𝔛ηx\in\mathfrak{X}_{\eta} et soit VV l’adhérence de π⁡(x)\pi(x) dans 𝔛s\mathfrak{X}_{s} (munie de sa structure réduite). L’ouvert quasi-compact (𝔛η,x)~\widetilde{(\mathfrak{X}_{\eta},x)} de 𝐏ℋ⁡(x)~/k~\mathbf{P}_{\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}/\tilde{k}} est égal à 𝐏ℋ⁡(x)~/k~​{V}\mathbf{P}_{\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}/\tilde{k}}\{V\}.

En particulier, xx est un point intérieur de 𝔛η\mathfrak{X}_{\eta} si et seulement si VV est propre.

Démonstration.

Remarquons qu’il résulte des hypothèses faites sur 𝔛\mathfrak{X} que VV est un k~\tilde{k}-schéma intègre de type fini. Soit (𝔘1,…,𝔘n)(\mathfrak{U}_{1},\ldots,\mathfrak{U}_{n}) une famille finie d’ouverts formels affines rencontrant VV et le recouvrant. Comme π−1​(V)\pi^{-1}(V) est un voisinage ouvert de xx dans 𝔛η\mathfrak{X}_{\eta} qui est contenu dans ⋃𝔘i,η\bigcup\mathfrak{U}_{i,\eta}, on peut remplacer 𝔛\mathfrak{X} par la réunion des 𝔘i\mathfrak{U}_{i}. Alors, (𝔛η,x)~=⋃(𝔘i,η,x)~\widetilde{(\mathfrak{X}_{\eta},x)}=\bigcup\widetilde{(\mathfrak{U}_{i,\eta},x)} et V=⋃𝔘i,s∩VV=\bigcup\mathfrak{U}_{i,s}\cap V, et il suffit de montrer l’assertion requise pour chacun des 𝔘i\mathfrak{U}_{i}. En d’autres termes, pour prouver que (𝔛η,x)~\widetilde{(\mathfrak{X}_{\eta},x)} coïncide avec 𝐏ℋ⁡(x)~/k~​{V}\mathbf{P}_{\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}/\tilde{k}}\{V\}, on peut supposer que 𝔛\mathfrak{X} est un schéma formel affine topologiquement de présentation finie sur k∘k^{\circ}.

Soit (f1,…,fn)(f_{1},\ldots,f_{n}) une famille génératrice de la k~\tilde{k}-algèbre 𝒪V​(V)\mathscr{O}_{V}(V). Par définition, on a (𝔛η,x)~=𝐏ℋ⁡(x)~/k~​{f1,…,fn}\widetilde{(\mathfrak{X}_{\eta},x)}=\mathbf{P}_{\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}/\tilde{k}}\{f_{1},\ldots,f_{n}\}. Mais ce dernier coïncide avec 𝐏ℋ⁡(x)~/k~​{V}\mathbf{P}_{\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}/\tilde{k}}\{V\}, d’où l’égalité voulue.

La dernière assertion du lemme s’en déduit : d’après le critère valuatif de propreté, 𝐏ℋ⁡(x)~/k~​{V}\mathbf{P}_{\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}/\tilde{k}}\{V\} égale 𝐏ℋ⁡(x)~/k~\mathbf{P}_{\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}/\tilde{k}} si et seulement si VV est propre sur k~\tilde{k}. ∎

\remaname 6.5.2.

Soit (X,x)(X,x) un germe d’espace kk-analytique, soit ff une fonction sur (X,x)(X,x) et soit (Y,x)(Y,x) un domaine analytique de (X,x)(X,x) tel que |f|=1|f|=1 sur (Y,x)(Y,x)  ; l’inclusion de (Y,x)(Y,x) dans le domaine de (X,x)(X,x) défini par l’égalité |f|=1|f|=1 implique que

(Y,y)~⊂(X,x)~∩𝐏ℋ⁡(x)~/k~​{f⁡(x)~,f⁡(x)~−1}.\widetilde{(Y,y)}\subset\widetilde{(X,x)}\cap\mathbf{P}_{\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}/\tilde{k}}\{\widetilde{f(x)},\widetilde{f(x)}^{-1}\}.

Par conséquent, f⁡(x)~\widetilde{f(x)} est une section inversible de 𝒪𝐏ℋ⁡(x)~/k~​((Y,y)~)\mathscr{O}_{\mathbf{P}_{\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}/\tilde{k}}}(\widetilde{(Y,y)}).

6.5.3

Soit XX un espace kk-analytique XX et soit x∈Xx\in X. On notera 𝒪X,x♯\mathscr{O}_{X,x}^{\sharp} le sous-anneau de 𝒪X,x\mathscr{O}_{X,x} formé des fonctions ff telles que |f⁡(x)|≤1\mathopen{|}{f(x)}\mathclose{|}\leq 1  ; on dispose d’une flèche naturelle f↦f⁡(x)~f\mapsto\widetilde{f(x)} de 𝒪X,x♯\mathscr{O}_{X,x}^{\sharp} vers ℋ⁡(x)~\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}. Si l’image de 𝒪X,x\mathscr{O}_{X,x} dans ℋ⁡(x){\mathscr{H}}(x) est dense, ce qui est par exemple le cas si (X,x)(X,x) est bon, ou plus généralement s’il s’identifie à un domaine analytique d’un bon germe, alors 𝒪X,x♯→ℋ⁡(x)~\mathscr{O}_{X,x}^{\sharp}\to\widetilde{{\mathscr{H}}(x)} est surjective.

Soit n∈𝐍n\in\mathbf{N}. On dispose d’une flèche naturelle g↦g⁡(x)~g\mapsto\widetilde{g(x)} de GLn⁡(𝒪X,x♯)\operatorname{GL}_{n}(\mathscr{O}_{X,x}^{\sharp}) dans GLn⁡(ℋ⁡(x)~)\operatorname{GL}_{n}(\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}), qui est là encore surjective si l’image de 𝒪X,x\mathscr{O}_{X,x} dans ℋ⁡(x){\mathscr{H}}(x) est dense.

Soit (Y,x)(Y,x) un domaine analytique relativement strict de (X,x)(X,x) et soit ff (resp. gg) appartenant à 𝒪X,x♯\mathscr{O}_{X,x}^{\sharp} (resp. GLn⁡(𝒪X,x♯)\operatorname{GL}_{n}(\mathscr{O}_{X,x}^{\sharp})). Il résulte de la remarque 6.5.2 que les assertions suivantes sont équivalentes :

  1. i)

    La restriction de ff (resp. gg) à (Y,x)(Y,x) appartient à OX∘​(Y,x)O_{X}^{\circ}(Y,x) (resp. GLn∘⁡(Y,x)\operatorname{GL}_{n}^{\circ}(Y,x))  ;

  2. ii)

    L’élément f⁡(x)~\widetilde{f(x)} (resp. g⁡(x)~\widetilde{g(x)}) de ℋ⁡(x)~\widetilde{{\mathscr{H}}(x)} (resp. de GLn⁡(ℋ⁡(x)~)\operatorname{GL}_{n}(\widetilde{{\mathscr{H}}(x)})) appartient à 𝒪(X,x)~​(OPENY,x)~CLOSE\mathscr{O}_{\widetilde{(X,x)}}(\widetilde{Y,x)} (resp. à GLn⁡(Y,x)~\operatorname{GL}_{n}\widetilde{(Y,x)}).

6.5.4 Réduction de cocycles

Soit XX un espace kk-analytique, soit x∈Xx\in X et soit ((,,,))((X_{\alpha},x)) un G-recouvrement fini et relativement strict de (X,x)(X,x). Soit (gα​β)(g_{\alpha\beta}) un cocycle sur (X,x)G(X,x)_{\text{G}}, à coefficients dans GLn∘\operatorname{GL}_{n}^{\circ}, et subordonné au recouvrement ((,,,))((X_{\alpha},x)). La famille des gα,β​(x)~\widetilde{g_{\alpha,\beta}(x)} constitue un cocycle sur (X,x)~\widetilde{(X,x)}, à coeffficients dans GLn\operatorname{GL}_{n}, et subordonné au recouvrement (OPEN(Xα),x)~CLOSE(\widetilde{(X_{\alpha}),x)}. Cette construction est compatible aux raffinements de recouvrement  ; et si les cocycles (gα,β)(g_{\alpha,\beta}) et (gα,β′)(g^{\prime}_{\alpha,\beta}) sont cohomologues via une cochaîne (cα)(c_{\alpha}), alors gα,β​(x)~\widetilde{g_{\alpha,\beta}(x)} et gα,β′​(x)~\widetilde{g^{\prime}_{\alpha,\beta}(x)} sont cohomologues via cα​(x)~\widetilde{c_{\alpha}(x)}.

6.5.5 Réduction et relèvement de cocycle

Soit XX un espace kk-analytique et soit x∈Xx\in X tel que 𝒪X,x\mathscr{O}_{X,x} soit d’image dense dans ℋ⁡(x){\mathscr{H}}(x). Soit (Y,x)(Y,x) un domaine analytique de (X,x)(X,x) relativement strict. Soit n≥0n\geq 0.

A) Soit 𝖠\mathsf{A} un ensemble fini et soit (γα,β)(α,β)∈𝖠2(\gamma_{\alpha,\beta})_{(\alpha,\beta)\in\mathsf{A}^{2}} une famille d’éléments de GLn⁡(ℋ⁡(x)~)\operatorname{GL}_{n}(\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}) satisfaisant les relations de cocycle. Fixons α0\alpha_{0}, et choisissons pour tout β\beta un relèvement gα0,βg_{\alpha_{0},\beta} de γα0,β\gamma_{\alpha_{0},\beta} dans GLn⁡(𝒪X,x♯)\operatorname{GL}_{n}(\mathscr{O}_{X,x}^{\sharp}). La famille (gα0,β)β(g_{\alpha_{0},\beta})_{\beta} se prolonge d’une unique manière en une famille (gα,β)α,β(g_{\alpha,\beta})_{\alpha,\beta} qui satisfait les relations de cocycles. Par construction, celle-ci relève (γα,β)(\gamma_{\alpha,\beta}). Pour tout (α,β)(\alpha,\beta), la matrice gα,βg_{\alpha,\beta} appartient à GLn∘⁡(Y,x)\operatorname{GL}_{n}^{\circ}(Y,x) si et seulement si γβ,α\gamma_{\beta,\alpha} appartient à GLn⁡(Y,x)~\operatorname{GL}_{n}\widetilde{(Y,x)}.

B) Soit (gα,β′)(g^{\prime}_{\alpha,\beta}) un cocycle à coefficients dans GLn⁡(𝒪X,x♯)\operatorname{GL}_{n}(\mathscr{O}_{X,x}^{\sharp}) se réduisant en un cocycle (γα,β′)(\gamma^{\prime}_{\alpha,\beta}) d’éléments de GLn⁡(ℋ⁡(x)~)\operatorname{GL}_{n}(\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}). Supposons que (γα,β′)(\gamma^{\prime}_{\alpha,\beta}) est cohomologue à (γα,β)(\gamma_{\alpha,\beta}) via une cochaîne (δα)(\delta_{\alpha}). Fixons α0\alpha_{0}, et choisissons dα0∈GLn⁡(𝒪X,x♯)d_{\alpha_{0}}\in\operatorname{GL}_{n}(\mathscr{O}_{X,x}^{\sharp}) qui relève δα0\delta_{\alpha_{0}}, et posons dβ=gα0,β−1​dα0​gα0,β′d_{\beta}=g_{\alpha_{0},\beta}^{-1}d_{\alpha_{0}}g^{\prime}_{\alpha_{0},\beta}  ; la cochaîne (dα)(d_{\alpha}) relève alors (δα)(\delta_{\alpha}), et les cocycles (gα,β)(g_{\alpha,\beta}) et (gα,β′)(g^{\prime}_{\alpha,\beta}) sont cohomologues via (δα)(\delta_{\alpha}). Pour tout α\alpha, la matrice dαd_{\alpha} appartient à GLn∘⁡(Y,x)\operatorname{GL}_{n}^{\circ}(Y,x) si et seulement si δα\delta_{\alpha} appartient à GLn⁡(Y,x)~\operatorname{GL}_{n}\widetilde{(Y,x)}.

C) Soit (vα)(v_{\alpha}) une cochaîne à coefficients dans ℋ⁡(x)~\widetilde{{\mathscr{H}}(x)} telle que vβ=γα,β​gαv_{\beta}=\gamma_{\alpha,\beta}g_{\alpha} pour tout (α,β)(\alpha,\beta). Fixons α0\alpha_{0}, choisissons un relevé wα0w_{\alpha_{0}} de vα0v_{\alpha_{0}} dans (𝒪X,x♯)n(\mathscr{O}_{X,x}^{\sharp})^{n}, et posons wβ=gα0,β​vα0w_{\beta}=g_{\alpha_{0},\beta}v_{\alpha_{0}} pour tout β\beta  ; la cochaîne (wα)(w_{\alpha}) relève alors (vα)(v_{\alpha}) et l’on a wβ=gα,β​wαw_{\beta}=g_{\alpha,\beta}w_{\alpha} pour tout (α,β)(\alpha,\beta). Pour tout α\alpha, le vecteur wαw_{\alpha} appartient à 𝒪X∘​(Y,x)n\mathscr{O}_{X}^{\circ}(Y,x)^{n} si et seulement si vαv_{\alpha} appartient à 𝒪(X,x)~​(Y,x)~n\mathscr{O}_{\widetilde{(X,x)}}\widetilde{(Y,x)}^{n}.

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