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6.9 Calcul de l’opérateur de Monge-Ampère (métriques formelles) [01X0]

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6.9 Calcul de l’opérateur de Monge-Ampère (métriques formelles)

6.9.1

Le théorème principal de cette section affirme que l’opérateur de Monge-Ampère que nous avons défini dans cet article coïncide coïncide avec celui de [22]. La théorie construite dans ce dernier article partait du cas des métriques formelles, alors considérées comme métriques « lisses » : la théorie de l’intersection sur la fibre spéciale fournissait des mesures atomiques pour des fibrés en droites munis de métriques formelles nef  ; un argument d’approximation permettait de construire des mesures pour des fibrés en droites munis de métriques limites uniformes de métriques nef. Dans le présent article, le point de vue est renversé : les métriques formelles sont singulières, mais limites uniformes de métriques psh lisses, et leurs mesures de Monge-Ampère ne sont définies que via un passage à la limite.

\propname 6.9.2.

Soit XX un espace kk-analytique (bon, séparé), purement de dimension nn. Soit (L¯1,…,L¯n)(\bar{L}_{1},\ldots,\bar{L}_{n}) une famille de fibrés métrisés PL sur XX et soit SS le sous-ensemble de XX formé des points xx tels que la dimension de définition simultanée des Li¯​(x)\bar{L_{i}}(x) soit égale à nn. Il existe une famille (λx)x∈S(\lambda_{x})_{x\in S} de nombres réels telle que

⋀j=1nc1​(L¯j)=∑x∈Sλx​δx.\bigwedge_{j=1}^{n}c_{1}(\bar{L}_{j})=\sum_{x\in S}\lambda_{x}\delta_{x}.

On a λx=0\lambda_{x}=0 si x∈∂(X)x\in\partial(X).

Rappelons que d’après la proposition 6.7.3, cet ensemble SS est fermé et discret dans XX.

Démonstration.

Par nn-linéarité et symétrie, on se ramène au cas où les L¯j\bar{L}_{j} sont tous égaux à un même fibré métrisé L¯\bar{L}. On sait que le support de la mesure considérée est contenue dans Int⁡(X)\operatorname{Int}(X). Soit x∈Int⁡(X)x\in\operatorname{Int}(X) et soit (V,M)(V,M) un prémodèle de 𝖫⁡(x)\mathsf{L}(x) où VV est de dimension minimale. On peut supposer VV projective, et écrire M≃M1⊗M2∨M\simeq M_{1}\otimes M_{2}^{\vee}, où M1M_{1} et M2M_{2} sont engendrés par leurs sections globales — on peut même les choisir très amples.

Relevons M1M_{1} et M2M_{2} en deux fibrés métrisés PL sur (X,x)(X,x) que l’on note L¯1\bar{L}_{1} et L¯2\bar{L}_{2}. On dispose donc d’un isomorphisme L¯≃L¯1⊗L¯2∨\bar{L}\simeq\bar{L}_{1}\otimes\bar{L}_{2}^{\vee} au voisinage de xx. Soit ss (resp. s2s_{2}) une section de LL (resp. L2L_{2}). Leur produit tensoriel s⊗s2s\otimes s_{2} s’identifie à une section s1s_{1} de L1L_{1}. Comme ∥s∥=∥s1∥.∥s2∥−1\mathopen{\|}{s}\mathclose{\|}=\mathopen{\|}{s_{1}}\mathclose{\|}.\mathopen{\|}{s_{2}}\mathclose{\|}^{-1}, et comme la dimension de définition de 𝖫i¯​(x)\bar{\mathsf{L}_{i}}(x), pour i=1,2i=1,2, est majorée par la dimension de VV, on peut, pour démontrer la proposition, supposer que MM est engendré par ses sections globales.

Au voisinage de xx, la fonction ∥s∥−1\mathopen{\|}{s}\mathclose{\|}^{-1} est alors de la forme maxi⁡(|ai|−1)\max_{i}(\mathopen{|}{a_{i}}\mathclose{|}^{-1}), où les aia_{i} appartiennent à 𝒪X,x×\mathscr{O}_{X,x}^{\times}, et où ai​(x)/aj​(x)~∈k~​(V)\widetilde{a_{i}(x)/a_{j}(x)}\in\tilde{k}(V) pour tout couple (i,j)(i,j). Si x∉Sx\notin S, la dimension de VV est strictement inférieure à nn et la dimension tropicale en xx de la famille (ai)(a_{i}) est strictement inférieure à nn. D’après la proposition 6.8.3, la mesure c1​(L¯)nc_{1}(\bar{L})^{n} est nulle au voisinage de xx. En particulier, le support de c1​(L¯)nc_{1}(\bar{L})^{n} est contenu dans SS et c1​(L¯)nc_{1}(\bar{L})^{n} est une mesure de support fini, d’où la proposition. ∎

Dans la suite de ce paragraphe, nous donnons une formule pour les nombre réels λx\lambda_{x} en fonction des fibrés résiduels 𝖫i​(x)\mathsf{L}_{i}(x).

\theoname 6.9.3.

On conserve les notations de la proposition 6.9.2. On suppose de plus que XX est génériquement lisse et que le corps kk est stable. Alors, pour tout x∈Sx\in S, on a l’égalité

λx=[|ℋ(x)×|:|k×|]∫(X,x)~⋀j=1nc1(𝖫i~(x))\lambda_{x}=\left[\mathopen{|}{{\mathscr{H}}(x)^{\times}}\mathclose{|}:\mathopen{|}{k^{\times}}\mathclose{|}\right]\int_{\widetilde{(X,x)}}\bigwedge_{j=1}^{n}c_{1}(\widetilde{\mathsf{L}_{i}}(x))
Démonstration.

On reprend la réduction et les notations de la preuve de la proposition 6.9.2. Il s’agit donc de démontrer que

λx=[|ℋ(x)×|:|k×|]∫(X,x)~c1(𝖫~(x))n.\lambda_{x}=\left[\mathopen{|}{{\mathscr{H}}(x)^{\times}}\mathclose{|}:\mathopen{|}{k^{\times}}\mathclose{|}\right]\int_{\widetilde{(X,x)}}c_{1}(\widetilde{\mathsf{L}}(x))^{n}. (6.9.3.1)

On remarque que cette formule à prouver est vraie si dim(V)<n\dim(V)<n : dans ce cas, le membre de gauche est nul d’après ce qui précède, et le membre de droite est nul par théorie de l’intersection. Dans toute la suite, on suppose que le prémodèle VV est un modèle, de sorte que dim(V)=n\dim(V)=n et que k~​(V)=ℋ⁡(x)~\tilde{k}(V)=\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}. Fixons un voisinage ouvert UU de xx tel que U∩S={x}U\cap S=\{x\}. Il résulte du cas dimV<n\dim V<n déjà traité que le support de c1​(L¯)n|Uc_{1}(\bar{L})^{n}|_{U} est contenu dans {x}\{x\}  ; par conséquent, c1​(L¯)n|U=λx​δxc_{1}(\bar{L})^{n}|_{U}=\lambda_{x}\delta_{x}.

D’après la proposition 3.4.4, il existe un voisinage affinoïde WW de xx dans UU et un moment f:W→Tf\colon W\rightarrow T tel que :

  • —

    ff tropicalise les αi\alpha_{i}  ;

  • —

    ftrop​(x)∉ftrop​(∂W)f_{\text{trop}}(x)\notin f_{\text{trop}}(\partial W).

Il résulte de la prop. 6.8.3 que λx\lambda_{x} ne dépend que du cône calibré CxC_{x} de ftrop​(W)f_{\text{trop}}(W) en ftrop​(x)f_{\text{trop}}(x) et de la fonction affine sur ftrop​(W)f_{\text{trop}}(W) induisant max⁡(|ai|−1)\max(\mathopen{|}{a_{i}}\mathclose{|}^{-1}).

\propname 6.9.4.

La formule (6.9.3.1) est vraie si le corps kk est algébriquement clos : pour tout x∈Sx\in S, on a

λx=∫(X,x)~c1​(𝖫~​(x)).\lambda_{x}=\int_{\widetilde{(X,x)}}c_{1}(\widetilde{\mathsf{L}}(x)).
Démonstration.

Soit a:W→𝐆mra\colon W\to\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{r} le moment induit par les aia_{i}  ; on désigne par CC le cône rationnel calibré correspondant. Comme ℋ⁡(x)~\widetilde{{\mathscr{H}}(x)} est de degré de transcendance égal à nn sur k~\tilde{k} (puisque la dimension de VV est égale à nn), le point xx étant de type 2, et n’est situé sur aucun fermé de Zariski de XX de dimension <n<n. Quitte à restreindre XX, on peut donc supposer que X=𝒳anX=\mathscr{X}^{\mathrm{an}} pour une certaine kk-variété algébrique lisse 𝒳\mathscr{X}. On peut également supposer que les aia_{i} sont algébriques, et que |ai​(x)|=1\mathopen{|}{a_{i}(x)}\mathclose{|}=1 pour tout ii.

On considère le corps k~\tilde{k} comme trivialement valué, et l’on note ξ\xi le point de VanV^{\mathrm{an}} qui correspond à la valuation triviale sur k~​(V)\tilde{k}(V). On a k~​(ξ)=ℋ⁡(x)~\tilde{k}(\xi)=\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}. Pour tout ii, on voit ai​(x)~\widetilde{a_{i}(x)} comme une fonction sur (Van,ξ)(V^{\mathrm{an}},\xi), et s~​(x)\tilde{s}(x) comme une section de LanL^{\mathrm{an}} (canoniquement métrisé) sur (Van,ξ)(V^{\mathrm{an}},\xi)  ; sa norme est égale à min⁡|ai​(x)~|\min|\widetilde{a_{i}(x)}|. On note C~\tilde{C} le cône rationnel calibré associé au moment défini par les ai​(x)~\widetilde{a_{i}(x)} au voisinage de ξ\xi.

\lemmname 6.9.5.

Les cônes rationnels C~\tilde{C} et CC coïncident ainsi que leurs calibrages.

Démonstration.

La coïncidence des cônes rationnels C~\tilde{C} et CC est démontrée dans [32] (théorème 3.3 et sa preuve).

Pour démontrer que leurs calibrages coïncident aussi, on choisit une projection de CC vers (𝐑+×)n(\mathbf{R}^{\times}_{+})^{n}, définie sur 𝐙\mathbf{Z}, dont la restriction à chaque face maximale est injective. On note pp la composée de (X,x)→𝐆mr(X,x)\to\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{r} et du morphisme de tores 𝐆mr→𝐆mn\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{r}\to\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n} qui induit la projection choisie. Comme ptrop​(X,x)p_{\text{trop}}(X,x) est, par construction, de dimension nn, son image p⁡(x)p(x) est le point de Gauß ηk\eta_{k} de 𝐆mn\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n}. On définit de même p~:(Van,ξ)→((𝐆mn)k~,,ηk~)\tilde{p}\colon(V^{\mathrm{an}},\xi)\to((\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n})_{\tilde{k}},,\eta_{\tilde{k}}). Notons que ℋ⁡(ηk)~\widetilde{{\mathscr{H}}(\eta_{k})} est égal à k~​(T1,…,Tn)\tilde{k}(T_{1},\ldots,T_{n}).

Soit FF la sous-extension modérément ramifiée maximale de ℋ⁡(x)/ℋ⁡(ηk){\mathscr{H}}(x)/{\mathscr{H}}(\eta_{k}). Son corps résiduel F~\tilde{F} est la fermeture séparable de ℋ⁡(ηk)~\widetilde{{\mathscr{H}}(\eta_{k})} dans ℋ⁡(x)~\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}.

Le corps ℋ⁡(ηk){\mathscr{H}}(\eta_{k}) étant stable,

[ℋ⁡(x)~:k~(T1,…,Tn)]=[ℋ(x):ℋ(ηk)].[\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}:\tilde{k}(T_{1},\ldots,T_{n})]=[{\mathscr{H}}(x):{\mathscr{H}}(\eta_{k})].

Choisissons une décomposition conique de CC et une décomposition conique de (𝐑+×)n(\mathbf{R}^{\times}_{+})^{n} compatibles avec les différents calibrages considérés. Considérons une cellule ouverte maximale DD de CC, et soit D′D^{\prime} son image dans (𝐑+×)n(\mathbf{R}^{\times}_{+})^{n}.

On peut définir DD comme le lieu de validité sur CC d’une conjonction Φ\Phi d’inégalités de la forme φ<1\varphi<1 où φ\varphi est un monôme en les fonctions coordonnées  ; de même, D′D^{\prime} est définie par une conjonction Φ′\Phi^{\prime}. Soit Ψ~\widetilde{\Psi} la conjonction d’inégalités correspondante portant sur les normes des fonctions ai​(x)~\widetilde{a_{i}(x)}. Quitte à multiplier tous les exposants en jeu par une puissance convenable de pp, on peut supposer que les fonctions qui interviennent dans Ψ~\widetilde{\Psi} appartiennent toutes à F~\tilde{F}  ; on les relève dans FF et l’on note Ψ\Psi la conjonction d’inégalités correspondante. On désigne par Ψ′\Psi^{\prime} (resp. Ψ′~\widetilde{\Psi^{\prime}}) la conjonction d’inégalités entre les |Ti|\mathopen{|}{T_{i}}\mathclose{|}, où les TiT_{i} sont vues comme fonctions analytiques sur 𝐆mn\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n} (resp. (𝐆mn)k~(\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n})_{\tilde{k}}), qui correspond à Φ′\Phi^{\prime}.

Pour montrer que les calibrages de CC et C~\tilde{C} coïncident sur DD, il suffit de montrer l’égalité des degrés NN et N~\tilde{N} correspondants.

Le degré NN peut être caractérisé ainsi : tout point de S⁡(𝐆mn)S(\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n}) satisfaisant Ψ′\Psi^{\prime} et suffisamment proche de ηk\eta_{k} a NN antécédents (comptés avec corps résiduels et multiplicités) dans l’ouvert défini par la condition Ψ\Psi.

De même, tout point de S⁡((𝐆mn)k~)S((\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n})_{\tilde{k}}) satisfaisant Ψ′~\widetilde{\Psi^{\prime}} et suffisamment proche de ηk~\eta_{\tilde{k}} a N~\tilde{N} antécédents (comptés avec multiplicités égales au produit du degré de l’extension de corps résiduels et de la multiplicité géométrique) dans l’ouvert défini par la condition Ψ~\widetilde{\Psi}.

Soit mm l’entier tel que

[ℋ⁡(x)~:F~]=[ℋ(x):F]=pm.[\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}:\tilde{F}]=[{\mathscr{H}}(x):F]=p^{m}.

L’extension FF définit un revêtement fini étale 𝒴\mathscr{Y} de 𝐆mn\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n} au voisinage de son point générique, et (X,x)→𝐆mn(X,x)\to\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n} se factorise par 𝒴an\mathscr{Y}^{\mathrm{an}}.

Si yy désigne l’image de xx sur 𝒴an\mathscr{Y}^{\mathrm{an}} alors (X,x)→(𝒴an,y)(X,x)\to(\mathscr{Y}^{\mathrm{an}},y) est fini et plat de degré pmp^{m}. La condition Ψ\Psi ne portant, par construction, que sur des normes de fonctions sur 𝒴\mathscr{Y}, elle définit un ouvert Ω\Omega de 𝒴an\mathscr{Y}^{\mathrm{an}}. Tout point de S⁡(𝐆mn)S(\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n}) satisfaisant Ψ′\Psi^{\prime} et suffisamment proche de ηk\eta_{k} a exactement N/pmN/p^{m} antécédents dans Ω\Omega  ; ces antécédents sont comptés avec les multiplicités données par le degré de l’extension de corps résiduels, mais comme 𝒴→𝐆mn\mathscr{Y}\to\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n} est étale, les multiplicités géométriques sont égales à 11.

On peut faire le même jeu au niveau résiduel. L’extension F~\tilde{F} définit un revêtement fini étale 𝒴~\widetilde{\mathscr{Y}} de (𝐆mn)k~(\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n})_{\tilde{k}} au voisinage de son point générique, et (Van,ξ)→(𝐆mn)k~(V^{\mathrm{an}},\xi)\to(\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n})_{\tilde{k}} se factorise par 𝒴an~\widetilde{\mathscr{Y}^{\mathrm{an}}}. Si ζ\zeta désigne l’image de ξ\xi sur 𝒴~an\widetilde{\mathscr{Y}}^{\mathrm{an}} alors (Van,ξ)→(𝒴~an,ζ)(V^{\mathrm{an}},\xi)\to(\widetilde{\mathscr{Y}}^{\mathrm{an}},\zeta) est fini et plat de degré pmp^{m}. La condition Ψ~\widetilde{\Psi} ne portant, par construction, que sur des normes de fonctions sur 𝒴~\widetilde{\mathscr{Y}}, elle définit un ouvert Ω~\widetilde{\Omega} de 𝒴~an\widetilde{\mathscr{Y}}^{\mathrm{an}}. Tout point de OPENS​((𝐆mn))k~)S((\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n}))_{\tilde{k}}) satisfaisant Ψ′~\widetilde{\Psi^{\prime}} et suffisamment proche de ηk~\eta_{\tilde{k}} a N~/pm\tilde{N}/p^{m} antécédents dans Ω~\widetilde{\Omega} (comme précédemment, chaque antécédent est affecté d’une multiplicité égale au degré de l’extension de corps résiduel ; les multiplicités valent 11 car 𝒴~→(𝐆mn)k~\widetilde{\mathscr{Y}}\to(\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n})_{\tilde{k}} est étale).

Choisissons un groupe ordonné ℷ\gimel contenant 𝐑+×\mathbf{R}^{\times}_{+} tel qu’il existe 𝐠∈ℷ𝐧\bf g\in\gimel^{n} satisfaisant Φ′\Phi^{\prime} et infiniment proche de 11  ; il définit une valuation de Gauß η𝐠\eta_{\bf g} sur k⁡(T1,…,Tn)k(T_{1},\ldots,T_{n}), ainsi qu’une valuation de Gauß ηk~,𝐠\eta_{\tilde{k},\bf g} sur k~​(T1,…,Tn)\tilde{k}(T_{1},\ldots,T_{n}). Remarquons que η𝐠\eta_{\bf g} est la composée de la valuation de Gauß standard ηk~\eta_{\tilde{k}} et de ηk~,𝐠\eta_{\tilde{k},\bf g}.

Fixons une clôture algébrique 𝕂\mathbb{K} de k⁡(T1,…,Tn)k(T_{1},\ldots,T_{n}) et une extension de ηk\eta_{k} à 𝕂\mathbb{K}. Son corps résiduel 𝕂~\widetilde{\mathbb{K}} est une clôture algébrique de k~​(T1,…,Tn)\tilde{k}(T_{1},\ldots,T_{n})  ; munissons-le d’un prolongement de ηk~,𝐠\eta_{\tilde{k},\bf g}. En le composant avec le prolongement fixé de ηk\eta_{k}, on obtient un prolongement de η𝐠\eta_{\bf g} à 𝕂\mathbb{K}. On travaille désormais avec ces prolongements, que l’on note de la même manière que les valuations qu’ils étendent.

Soit P~∈k~​(T1,…,Tn)​[τ]\tilde{P}\in\tilde{k}(T_{1},\ldots,T_{n})[\tau] tel que F~≃k~​(T1,…,Tn)​[τ]/P~\tilde{F}\simeq\tilde{k}(T_{1},\ldots,T_{n})[\tau]/\tilde{P}  ; relevons P~\tilde{P} en un polynôme unitaire PP à coefficients dans k⁡(T1,…,Tn)k(T_{1},\ldots,T_{n}).

La condition Ψ~\widetilde{\Psi} peut ainsi être vue comme portant sur des normes de polynômes en τ\tau à coefficients dans F~\tilde{F} (modulo P~\tilde{P}).

On peut alors voir Ψ\Psi comme une condition portant sur les normes de polynômes en τ\tau à coefficients dans F∘F^{\circ}, relevant les précédents.

Un argument de constructibilité, et d’universalité des formules afférentes, assure que N/pmN/p^{m} est égal au nombre de racines de PP dans (𝕂,η𝐠)(\mathbb{K},\eta_{\bf g}) qui satisfont Ψ\Psi.

De même, N~/pm\tilde{N}/p^{m} est égal au nombre de racines de P~\tilde{P} dans (𝕂~,ηk~,𝐠)(\widetilde{\mathbb{K}},\eta_{\tilde{k},\bf g}) qui satisfont Ψ~\widetilde{\Psi}.

Par séparabilité de P~\tilde{P}, la réduction induit une bijection entre l’ensemble des racines de PP dans 𝕂\mathbb{K} et celui des racines de P~\tilde{P} dans 𝕂~\widetilde{\mathbb{K}}.

Comme Ψ\Psi est une conjonction de formules du type |Q⁡(τ)|<1|Q(\tau)|<1 où QQ est à coefficients entiers relativement à ηk\eta_{k}, comme Ψ~\widetilde{\Psi} est la réduction de la condition Ψ\Psi, et comme η𝐠\eta_{\bf g} est composée de ηk\eta_{k} et de ηk~,𝐠\eta_{\tilde{k},\bf g}, une racine de PP satisfait Ψ\Psi dans (𝕂,η𝐠)(\mathbb{K},\eta_{\bf g}) si et seulement si sa réduction satisfait Ψ~\widetilde{\Psi} dans (𝕂~,ηk~,𝐠)(\widetilde{\mathbb{K}},\eta_{\tilde{k},\bf g}).

Par conséquent, le nombre de racines de PP dans (𝕂,η𝐠)(\mathbb{K},\eta_{\bf g}) qui satisfont Ψ\Psi est égal au nombre de racines de P~\tilde{P} dans (𝕂~,ηk~,𝐠)(\widetilde{\mathbb{K}},\eta_{\tilde{k},\bf g}) qui satisfont Ψ~\widetilde{\Psi}.

Il vient N=N~N=\tilde{N}, ce qu’il fallait démontrer. ∎

Observons maintenant que le point ξ\xi est le seul point de VanV^{\mathrm{an}} qui ait un corps résiduel de degré de transcendance égal à nn sur k~\tilde{k}. On déduit donc du début de la preuve que c1​(Lan)n=μ​δξc_{1}(L^{\mathrm{an}})^{n}=\mu\delta_{\xi}, où μ\mu ne dépend que du cône calibré C~⊂(𝐑+×)n\tilde{C}\subset(\mathbf{R}^{\times}_{+})^{n}, et de la fonction linéaire par morceaux « minimum des coordonnées » sur celui-ci. Comme le cône calibré C~\tilde{C} est égal au cône calibré CC, il vient μ=λx\mu=\lambda_{x}. Par ailleurs, d’après le corollaire 6.4.4, la masse totale de la mesure c1​(Lan)nc_{1}(L^{\mathrm{an}})^{n} est donnée par

μ=∫Van⋀nc1​(Lan)=∫V⋀nc1​(L)=∫(X,x)~⋀nc1​(𝖫~​(x)).\mu=\int_{V^{\mathrm{an}}}\bigwedge^{n}c_{1}(L^{\mathrm{an}})=\int_{V}\bigwedge^{n}c_{1}(L)=\int_{\widetilde{(X,x)}}\bigwedge^{n}c_{1}(\widetilde{\mathsf{L}}(x)).

Cela conclut la démonstration du lemme. ∎

La formule (6.9.3.1) étant maintenant démontrée lorsque le corps kk est algébriquement clos, il reste à expliquer comment en déduire le cas général.

On suppose maintenant simplement que le corps kk est stable. L’espace XX est toujours génériquement lisse, donc lisse au voisinage de xx  ; on peut donc le supposer lisse.

On peut supposer que kk est séparablement clos dans ℋ⁡(x){\mathscr{H}}(x). Soit FF la fermeture séparable de kk dans κ⁡(x)\kappa(x).

Le caractère hensélien de 𝒪X,x\mathscr{O}_{X,x} permet de restreindre XX de sorte que F↪𝒪X​(X)F\hookrightarrow\mathscr{O}_{X}(X). Le morphisme X→ℳ⁡(k)X\to\mathscr{M}(k) se factorise alors par ℳ⁡(F)\mathscr{M}(F). Si ω\omega est une (n,n)(n,n)-forme sur XX, on a ∫X→ℳ⁡(k)ω=[F:k]n∫X→ℳ⁡(F)ω\int_{X\to\mathscr{M}(k)}\omega=[F:k]^{n}\int_{X\to\mathscr{M}(F)}\omega (cela provient de la définition de l’intégrale, et du fait que (𝐆mn)F→𝐆mn(\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n})_{F}\to\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n} est de degré [F:k][F:k])  ; par conséquent, ⋀nc1​(𝖫)\bigwedge\limits^{n}c_{1}(\mathsf{L}) est divisé par [F:k]n[F:k]^{n} si l’on considère XX comme un espace FF-analytique.

On a par ailleurs

[|ℋ(x)×|:|k×|]=[|ℋ(x)×|:|F×|]⋅[|F×|:|k×|],[\mathopen{|}{{\mathscr{H}}(x)^{\times}}\mathclose{|}:\mathopen{|}{k^{\times}}\mathclose{|}]=[\mathopen{|}{{\mathscr{H}}(x)^{\times}}\mathclose{|}:\mathopen{|}{F^{\times}}\mathclose{|}]\cdot[\mathopen{|}{F^{\times}}\mathclose{|}:\mathopen{|}{k^{\times}}\mathclose{|}],

et ∫(X,x)~⋀nc1​(𝖫~​(x))\int_{\widetilde{(X,x)}}\bigwedge\limits^{n}c_{1}(\tilde{\mathsf{L}}(x)) est divisé par [F~:k~][\tilde{F}:\tilde{k}] si l’on voit (X,x)~\widetilde{(X,x)} comme espace de Zariski-Riemann sur F~\tilde{F}.

En vertu de la stabilité de kk,

[F:k]=[|F×|:|k×|]⋅|F~:k~|.[F:k]=[\mathopen{|}{F^{\times}}\mathclose{|}:\mathopen{|}{k^{\times}}\mathclose{|}]\cdot\mathopen{|}{\tilde{F}:\tilde{k}}\mathclose{|}.

Au vu de ce qui précède, ceci entraîne qu’on peut, quitte à remplacer kk par FF, supposer que F=kF=k. On choisit une clôture algébrique kak^{a} de kk. Pour tout sous-corps complet FF de ka^\widehat{k^{a}} contenant kk, on note xFx_{F} l’unique antécédent de xx sur XFX_{F}.

Le cas où |k×|={1}\mathopen{|}{k^{\times}}\mathclose{|}=\{1\}. On a alors |ℋ​(x)×|={1}\mathopen{|}{{\mathscr{H}}(x)^{\times}}\mathclose{|}=\{1\}, et donc ℋ⁡(x)=κ⁡(x)=ℋ⁡(x)~{\mathscr{H}}(x)=\kappa(x)=\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}. L’espace XX étant lisse, 𝒪X,x=κ⁡(x)\mathscr{O}_{X,x}=\kappa(x), et ce dernier reste réduit après tensorisation par n’importe quelle extension finie FF de kk (puisque XFX_{F} est lisse, et a fortiori réduit).

Il s’ensuit que ℋ⁡(xka)=ℋ⁡(x)~⊗kka{\mathscr{H}}(x_{k^{a}})=\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}\otimes_{k}k^{a}. Tous ces corps sont trivialement valués, et coïncident donc avec leurs corps résiduels. De ce fait,

∫(Xka,xka)~⋀nc1​(𝖫~​(xka))=∫(X,x)~⋀nc1​(𝖫~​(x)),\int_{\widetilde{(X_{k^{a}},x_{k^{a}})}}\bigwedge^{n}c_{1}(\tilde{\mathsf{L}}(x_{k^{a}}))=\int_{\widetilde{(X,x)}}\bigwedge^{n}c_{1}(\tilde{\mathsf{L}}(x)),

ce qui termine la preuve dans le cas trivialement valué.

Le cas où |k×|≠{1}\mathopen{|}{k^{\times}}\mathclose{|}\neq\{1\}. En relevant une base de transcendance du corps résiduel ℋ⁡(x)~\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}, on définit un morphisme fini d’un voisinage strictement affinoïde WW de xx vers un voisinage strictement affinoïde du point de Gauß dans 𝐆mn\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n}. Si DD désigne le polydisque unité de dimension nn, le produit fibré W′:=W×𝐆mnDW^{\prime}:=W\times_{\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n}}D est un domaine strictement affinoïde de XX contenant xx dans son bord de Shilov. Il est quasi-lisse, et a fortiori géométriquement réduit. Il en résulte l’existence d’une extension finie séparable FF de kk telle que WF′W^{\prime}_{F} soit distingué et tel que la réduction canonique WF′~\widetilde{W^{\prime}_{F}} soit à composantes irréductibles géométriquement intègres. On a alors

ℋ⁡(xka^)~=ℋ⁡(xF)~⊗k~F~\widetilde{{\mathscr{H}}(x_{\widehat{k^{a}}})}=\widetilde{{\mathscr{H}}(x_{F})}\otimes_{\tilde{k}}\tilde{F}

et |ℋ​(xF)×|=|F×||{\mathscr{H}}(x_{F})^{\times}|=|F^{\times}|. Par conséquent, la formule souhaitée est vraie sur le corps FF.

On a

∫(XF,xF)~/F~⋀nc1​(𝖫~​(xF))\displaystyle\int_{\widetilde{(X_{F},x_{F})}/\tilde{F}}\bigwedge^{n}c_{1}(\tilde{\mathsf{L}}(x_{F})) =1[F~:k~]⋅∫(XF,xF)~/k~⋀nc1(𝖫~(xF))\displaystyle=\frac{1}{[\tilde{F}:\tilde{k}]}\cdot\int_{\widetilde{(X_{F},x_{F})}/\tilde{k}}\bigwedge^{n}c_{1}(\tilde{\mathsf{L}}(x_{F}))
=[ℋ⁡(xF)~:ℋ⁡(x)~][F~:k~]⋅∫(X,x)~⋀nc1(𝖫~(x)).\displaystyle=\frac{[\widetilde{{\mathscr{H}}(x_{F})}:\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}]}{[\tilde{F}:\tilde{k}]}\cdot\int_{\widetilde{(X,x)}}\bigwedge^{n}c_{1}(\tilde{\mathsf{L}}(x)).

Les corps FF et ℋ⁡(x){\mathscr{H}}(x) sont stables. Dès lors :

[ℋ⁡(xF)~:ℋ⁡(x)~][F~:k~]\displaystyle\frac{[\widetilde{{\mathscr{H}}(x_{F})}:\widetilde{{\mathscr{H}}(x)}]}{[\tilde{F}:\tilde{k}]} =[ℋ(xF):ℋ(x)][|ℋ(xF)×|:|ℋ(x)×|]⋅[|F×|:|k×|][F:k]\displaystyle=\frac{[{\mathscr{H}}(x_{F}):{\mathscr{H}}(x)]}{[\mathopen{|}{{\mathscr{H}}(x_{F})^{\times}}\mathclose{|}:\mathopen{|}{{\mathscr{H}}(x)^{\times}}\mathclose{|}]}\cdot\frac{[\mathopen{|}{F^{\times}}\mathclose{|}:\mathopen{|}{k^{\times}}\mathclose{|}]}{[F:k]}
=[|F×|:|k×|][|ℋ(xF)×|:|ℋ(x)×|],\displaystyle=\frac{[\mathopen{|}{F^{\times}}\mathclose{|}:\mathopen{|}{k^{\times}}\mathclose{|}]}{[\mathopen{|}{{\mathscr{H}}(x_{F})^{\times}}\mathclose{|}:\mathopen{|}{{\mathscr{H}}(x)^{\times}}\mathclose{|}]},

car [ℋ(xF):ℋ(x)]=[F:k][{\mathscr{H}}(x_{F}):{\mathscr{H}}(x)]=[F:k] puisque FF est séparable sur kk et puisque xFx_{F} est l’unique antécédent de xx sur XFX_{F}. Comme |ℋ​(xF)×|=|F×||{\mathscr{H}}(x_{F})^{\times}|=|F^{\times}| par choix de FF, l’expression ci-dessus est égale à [|ℋ(x)×|:|k×|][|{\mathscr{H}}(x)^{\times}|:|k^{\times}|], ce qui achève la preuve. ∎

6.9.6

Parmi les corps stables, on trouve les corps algébriquement clos et ceux de valuation discrète. Dans le premier cas, le facteur devant le degré d’intersection du théorème 6.9.3 est égal à 11.

Quand kk est de valuation discrète, la proposition suivante, bien connue des spécialistes, démontre que les mesures définies par la théorie de cet article sont compatibles avec celles de [22].

\propname 6.9.7.

Soit 𝔛\mathfrak{X} un k∘k^{\circ}-schéma formel localement topologiquement de présentation finie et relativement normal dans sa fibre générique XX, que l’on suppose réduite. Soit ξ\xi un point générique de la fibre spéciale de 𝔛\mathfrak{X} et soit xx son unique antécédent dans XX.

1) La multiplicité de la composante irréductible {ξ}¯\overline{\{\xi\}} de 𝔛k~\mathfrak{X}_{\tilde{k}}, c’est-à-dire la longueur de l’anneau local artinien 𝒪𝔛k~,ξ\mathscr{O}_{\mathfrak{X}_{\tilde{k}},\xi}, est égale à l’indice [|ℋ(x)×|:|k×||][\mathopen{|}{{\mathscr{H}}(x)^{\times}}\mathclose{|}:\mathopen{|}{k^{\times}}\mathclose{|}|].

2) Le corps ℋ⁡(x)~\widetilde{{\mathscr{H}}(x)} s’identifie au corps κ⁡(ξ)\kappa(\xi).

Démonstration.

Notons ρ\rho l’application de réduction de XX dans 𝔛\mathfrak{X}. La question est locale sur 𝔛\mathfrak{X}, ce qui autorise à le supposer affine, donc de la forme Spf⁡(𝔄)\operatorname{Spf}(\mathfrak{A}) où 𝔄\mathfrak{A} est une k∘k^{\circ}-algèbre plate topologiquement de présentation finie intégralement close dans 𝔄⊗k∘k\mathfrak{A}\otimes_{k^{\circ}}k. On peut également supposer que 𝔛\mathfrak{X} est équidimensionnel  ; soit dd sa dimension. L’espace affinoïde 𝔛η\mathfrak{X}_{\eta} est alors équidimensionnel et de dimension dd. Comme il est réduit, son lieu de non-normalité YY est de dimension strictement inférieure à dd. Le corps ℋ⁡(x)~\widetilde{{\mathscr{H}}(x)} étant de degré de transcendance dd sur k~\tilde{k}, le fermé de Zariski YY de XX ne contient pas xx. Son image ρ⁡(Y)\rho(Y) évite donc ξ\xi. Comme elle est constructible (et même fermée), quitte à restreindre encore 𝔛\mathfrak{X}, on peut supposer que 𝔛η\mathfrak{X}_{\eta} est intègre et normal. Puisque 𝔄\mathfrak{A} est intégralement close dans 𝔄⊗k∘k\mathfrak{A}\otimes_{k^{\circ}}k, l’algèbre intègre 𝔄\mathfrak{A} est normale. Soit 𝔎\mathfrak{K} son corps des fractions.

Le schéma 𝔛k~\mathfrak{X}_{\tilde{k}} s’identifie à Spec⁡(𝔄⊗k∘k~)\operatorname{Spec}(\mathfrak{A}\otimes_{k^{\circ}}\tilde{k})  ; le point ξ\xi correspond par ce biais à un point de Spec⁡(𝔄)\operatorname{Spec}(\mathfrak{A}) que l’on note encore ξ\xi et qui est de hauteur 1 dans le schéma noethérien normal Spec⁡(𝔄)\operatorname{Spec}(\mathfrak{A}). L’anneau local 𝒪Spec⁡(𝔄,ξ)\mathscr{O}_{\operatorname{Spec}(\mathfrak{A},\xi)} est donc l’anneau d’une valuation discrète vv de 𝔎\mathfrak{K} qui prolonge la valuation de k∘k^{\circ}, normalisée pour que v⁡(𝔎×)=𝐙v(\mathfrak{K}^{\times})=\mathbf{Z}. Soit π\pi une uniformisante de k∘k^{\circ} et soit ee l’entier v⁡(π)v(\pi). La longueur de 𝒪𝔛k~,ξ\mathscr{O}_{\mathfrak{X}_{\tilde{k}},\xi} est égale à celle de 𝒪Spec⁡(𝔄),ξ/π\mathscr{O}_{\operatorname{Spec}(\mathfrak{A}),\xi}/\pi, et donc à ee.

Soit φ:𝔎→𝐑+\varphi\colon\mathfrak{K}\to\mathbf{R}_{+} l’application qui envoie 00 sur 00 et aa sur |π|v⁡(a)/e\mathopen{|}{\pi}\mathclose{|}^{v(a)/e} si a≠0a\neq 0. C’est une valeur absolue dont la restriction à kk coïncide avec la valeur absolue de ce dernier, et qui est bornée par 11 sur 𝔄\mathfrak{A}. Elle définit donc un point x′x^{\prime} de ℳ⁡(𝖠⊗k∘k)\mathscr{M}(\mathsf{A}\otimes_{k^{\circ}}k). Si a∈𝔄a\in\mathfrak{A} on a par construction a⁡(ξ)=0a(\xi)=0 si et seulement si φ⁡(a)<1\varphi(a)<1, ce qui signifie que ρ⁡(x′)=ξ\rho(x^{\prime})=\xi  ; par conséquent, x′=xx^{\prime}=x.

Par construction, (𝔎,φ)(\mathfrak{K},\varphi) est un sous-corps valué dense de ℋ⁡(x){\mathscr{H}}(x). Le corps résiduel de ℋ⁡(x){\mathscr{H}}(x) est dès lors égal à celui de (𝔎,φ)(\mathfrak{K},\varphi), c’est-à-dire à celui de vv et donc à κ⁡(ξ)\kappa(\xi)  ; et son groupe des valeurs n’est autre que φ⁡(𝔎×)=|π|(1/e)​𝐙\varphi(\mathfrak{K}^{\times})=\mathopen{|}{\pi}\mathclose{|}^{(1/e)\mathbf{Z}}. Par conséquent, [|ℋ(x)×|:|k×|]=e[\mathopen{|}{{\mathscr{H}}(x)^{\times}}\mathclose{|}:\mathopen{|}{k^{\times}}\mathclose{|}]=e, ce qui achève la démonstration. ∎

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