ScalingStacks

3.3 Partitions de l’unité [01PE]

Original official author HTML, exact retained edition. Historical TeX conversion verdicts remain unchanged. Cited-edition alignment and mathematical self-containment are not assessed.

Complete original source context · Original author HTML

3.3 Partitions de l’unité

\lemmname 3.3.1.

Soit XX un espace kk-affinoïde et soit xx, yy des points distincts de XX. Il existe une fonction lisse sur XX qui vaut 00 au voisinage de xx et 11 au voisinage de yy.

Démonstration.

Par définition du spectre (analytique) d’une algèbre affinoïde, il existe une fonction holomorphe ff sur XX telle que |f⁡(x)|≠|f⁡(y)|\mathopen{|}{f(x)}\mathclose{|}\neq\mathopen{|}{f(y)}\mathclose{|}.

Supposons ces deux valeurs non nulles  ; soit φ\varphi une fonction 𝒞∞\mathscr{C}^{\infty} à support compact sur 𝐑\mathbf{R} valant 00 au voisinage de log⁡|f⁡(x)|\log\mathopen{|}{f(x)}\mathclose{|} et 11 au voisinage de log⁡|f⁡(y)|\log\mathopen{|}{f(y)}\mathclose{|}. La fonction φ∘log⁡|f|\varphi\circ\log\mathopen{|}{f}\mathclose{|}, définie sur l’ouvert d’inversibilité de ff, est lisse ; prolongeons-la par 00 sur XX tout entier. Comme φ\varphi est à support compact, la fonction obtenue est nulle au voisinage de l’ensemble des zéros de ff ; elle est donc lisse.

Si f⁡(x)=0f(x)=0, on raisonne de même à partir d’une fonction φ\varphi à support compact valant 11 au voisinage de log⁡|f⁡(y)|\log\mathopen{|}{f(y)}\mathclose{|}.

Si f⁡(y)=0f(y)=0, on construit comme ci-dessus une fonction lisse uu qui est nulle au voisinage de yy et qui vaut 11 au voisinage de xx ; la fonction 1−u1-u convient. ∎

\coroname 3.3.2.

Soit XX un espace kk-affinoïde, soit KK un sous-ensemble compact de XX, soit x∈X Kx\in X\mathchoice{\mathbin{\vrule height=3.09999pt,width=6.93192pt,depth=-1.63612pt}}{\mathbin{\vrule height=3.09999pt,width=6.93192pt,depth=-1.63612pt}}{\mathbin{\vrule height=2.15277pt,width=3.65973pt,depth=-1.20554pt}}{\mathbin{\vrule height=0.86108pt,width=2.45418pt,depth=-1.03334pt}}K. Il existe une fonction lisse sur XX qui vaut 11 au voisinage de xx et nulle au voisinage de KK.

Démonstration.

Pour tout y∈Ky\in K, soit fyf_{y} une fonction lisse sur XX valant 11 au voisinage de xx et nulle dans un voisinage VyV_{y} de yy. Soit (y1,…,yn)(y_{1},\dots,y_{n}) une famille finie de points de KK telle que les VyjV_{y_{j}} recouvrent KK. La fonction ∏fyj\prod f_{y_{j}} convient. ∎

\coroname 3.3.3.

Soit XX un bon espace kk-analytique topologiquement séparé, soit xx un point de XX, soit UU un voisinage de xx. Il existe une fonction lisse sur XX qui vaut 11 au voisinage de xx, et dont le support est compact et contenu dans UU.

Démonstration.

Soit VV un voisinage affinoïde de xx  ; il est fermé dans XX, car XX est topologiquement séparé. Par suite, K=V (V̊∩U)K=V\mathchoice{\mathbin{\vrule height=3.09999pt,width=6.93192pt,depth=-1.63612pt}}{\mathbin{\vrule height=3.09999pt,width=6.93192pt,depth=-1.63612pt}}{\mathbin{\vrule height=2.15277pt,width=3.65973pt,depth=-1.20554pt}}{\mathbin{\vrule height=0.86108pt,width=2.45418pt,depth=-1.03334pt}}(\mathring{V}\cap U) est une partie fermée de XX contenue dans VV. Soit ff une fonction lisse sur VV qui vaut 11 au voisinage de xx et qui est nulle au voisinage de KK. Soit gg la fonction sur XX qui coïncide avec ff sur VV et qui est nulle en dehors de VV. Elle est lisse sur l’intérieur de VV, sur l’ouvert X VX\mathchoice{\mathbin{\vrule height=3.09999pt,width=6.93192pt,depth=-1.63612pt}}{\mathbin{\vrule height=3.09999pt,width=6.93192pt,depth=-1.63612pt}}{\mathbin{\vrule height=2.15277pt,width=3.65973pt,depth=-1.20554pt}}{\mathbin{\vrule height=0.86108pt,width=2.45418pt,depth=-1.03334pt}}V, ainsi que sur un voisinage de KK dans XX  ; ces trois ouverts recouvrent XX. La fonction gg est donc lisse  ; son support est contenu dans UU, comme il est contenu dans l’affinoïde VV, il est aussi compact. ∎

\coroname 3.3.4.

Soit XX un bon espace kk-analytique topologiquement séparé. Soit KK une partie compacte de XX et soit UU un voisinage ouvert de KK dans XX. Il existe une fonction f:X→[0,1]f\colon X\rightarrow[0,1], qui est lisse et à support compact, qui vaut 11 au voisinage de KK et qui est nulle hors de UU.

Démonstration.

Pour tout x∈Kx\in K, soit fxf_{x} une fonction lisse sur XX qui vaut 11 au voisinage de xx et dont le support est compact et contenu dans UU. Quitte à remplacer fxf_{x} par son carré, on peut la supposer positive ou nulle. Comme KK est compact, la somme gg d’une sous-famille finie de ces fonctions est strictement positive en tout point de KK ; elle est lisse et son support est encore compact et contenu dans UU. Soit φ\varphi une fonction 𝒞∞\mathscr{C}^{\infty} de 𝐑\mathbf{R} vers [0;1][0;1], nulle en 00 et égale à 11 sur un voisinage de g⁡(K)g(K). La fonction f=φ∘gf=\varphi\circ g convient. ∎

\propname 3.3.5 (Stone–Weierstraß).

Soit XX un bon espace kk-analytique topologiquement séparé, soit UU un ouvert de XX. Soit ff une fonction continue à valeurs réelles sur XX dont le support est compact et contenu dans UU. Pour tout ε>0\varepsilon>0, il existe une fonction lisse gg sur XX dont le support est compact, contenu dans UU, et telle que |f⁡(x)−g⁡(x)|<ε\mathopen{|}{f(x)-g(x)}\mathclose{|}<\varepsilon pour tout x∈Xx\in X.

Démonstration.

Soit X′X^{\prime} le compactifié d’Alexandroff de XX ; comme XX est localement compact, c’est un espace topologique compact. Soit 𝒮\mathscr{S} l’ensemble des fonctions réelles sur X′X^{\prime} qui sont la somme d’une fonction constante et d’une fonction lisse à support compact sur XX (prolongée par 00 au point à l’infini). C’est une sous-algèbre unitaire de l’algèbre des fonctions continues sur X′X^{\prime} ; elle sépare les points en vertu du corollaire 3.3.3. Prolongée par 00 au point à l’infini, la fonction ff définit une fonction continue f′f^{\prime} sur X′X^{\prime}. D’après le théorème de Stone-Weierstraß, il existe un nombre réel cc et une fonction lisse à support compact sur XX, disons gg, tels que |f′−g−c|<ε/2\mathopen{|}{f^{\prime}-g-c}\mathclose{|}<\varepsilon/2. En considérant cette inégalité au point à l’infini, on a |c|<ε/2\mathopen{|}{c}\mathclose{|}<\varepsilon/2, si bien que |f−g|<ε\mathopen{|}{f-g}\mathclose{|}<\varepsilon en tout point.

Soit h:X→[0,1]h\colon X\rightarrow[0,1] une fonction lisse sur XX dont le support est compact et contenu dans UU et qui vaut 11 au voisinage du support de ff. La fonction h​ghg est lisse sur XX, son support est compact et contenu dans UU. Pour xx en dehors du support de ff, on a |f⁡(x)−h⁡(x)​g​(x)|=|h⁡(x)​g​(x)|≤|g⁡(x)|=|f⁡(x)−g⁡(x)|<ε\mathopen{|}{f(x)-h(x)g(x)}\mathclose{|}=\mathopen{|}{h(x)g(x)}\mathclose{|}\leq\mathopen{|}{g(x)}\mathclose{|}=\mathopen{|}{f(x)-g(x)}\mathclose{|}<\varepsilon. Si xx appartient au support de ff, on a |f⁡(x)−h⁡(x)​g​(x)|=|f⁡(x)−g⁡(x)|<ε\mathopen{|}{f(x)-h(x)g(x)}\mathclose{|}=\mathopen{|}{f(x)-g(x)}\mathclose{|}<\varepsilon. La fonction h​ghg convient. ∎

\propname 3.3.6 (Partitions de l’unité lisses).

Soit XX un bon espace kk-analytique paracompact.11 1 Rappelons que la définition d’un espace topologique paracompact le suppose séparé. Soit (Ui)i∈I(U_{i})_{i\in I} un recouvrement ouvert de XX. Il existe une partition de l’unité subordonnée à (Ui)(U_{i}) formée de fonctions lisses sur XX : pour tout ii, une fonction lisse, positive ou nulle, fif_{i} sur XX, de support contenu dans UiU_{i}, et telles que 1=∑fi1=\sum f_{i}, la somme étant localement finie.

Démonstration.

On peut supposer que XX est connexe. Comme il est paracompact, on peut aussi supposer que (Ui)(U_{i}) est un recouvrement ouvert, localement fini de XX formé d’ouverts relativement compacts dans XX. Puisque XX est connexe et paracompact, il est dénombrable à l’infini et l’on peut indexer par l’ensemble des entiers naturel l’ensemble d’indices du recouvrement (Ui)(U_{i}).

Considérons une partition de l’unité continue (gi)(g_{i}) subordonnée au recouvrement (Ui)(U_{i}). Pour tout ii, le support de gig_{i} est compact. Il existe donc une fonction lisse hih_{i} sur XX, à support compact contenu dans UiU_{i}, telle que |hi−gi|<1/2i+2\mathopen{|}{h_{i}-g_{i}}\mathclose{|}<1/2^{i+2}. Posons h=∑hih=\sum h_{i} ; c’est la somme d’une famille localement finie donc fonctions lisses, donc c’est une fonction lisse. Pour x∈Xx\in X,

h⁡(x)=∑ihi​(x)≥∑igi​(x)−∑i2−i−2≥1−∑i=0∞2−i−2=12.h(x)=\sum_{i}h_{i}(x)\geq\sum_{i}g_{i}(x)-\sum_{i}2^{-i-2}\geq 1-\sum_{i=0}^{\infty}2^{-i-2}=\dfrac{1}{2}.

Posons fi=hi/hf_{i}=h_{i}/h ; c’est une fonction lisse sur XX dont le support est contenu dans UiU_{i}. On a ∑fi=1\sum f_{i}=1. ∎

\coroname 3.3.7.

Soit XX un bon espace kk-analytique paracompact. Les faisceaux 𝒜Xp,q\mathscr{A}_{X}^{p,q} sont fins.

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