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3.6 Condition d’harmonie [01Q5]

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3.6 Condition d’harmonie

\theoname 3.6.1.

Soit XX un espace kk-analytique compact purement de dimension nn. Soit f:X→Tf\colon X\rightarrow T un moment, soit μf\mu_{f} le calibrage de ftrop​(X)f_{\text{trop}}(X), et soit 𝒞\mathscr{C} une décomposition cellulaire de ftrop​(X)f_{\text{trop}}(X) adaptée à μf\mu_{f}. Toute (n−1)(n-1)-cellule FF de 𝒞\mathscr{C} qui n’est pas contenue dans ftrop​(∂X)f_{\text{trop}}(\partial X) est harmonieuse

Démonstration.

Quitte à étendre les scalaires, on peut supposer que la valuation du corps de base kk est non triviale. Quitte à raffiner la décomposition polytopale, on suppose que ftrop​(∂X)f_{\text{trop}}(\partial X) est contenu dans la réunion des (n−1)(n-1)-cellules de 𝒞\mathscr{C}.

Soit FF une (n−1)(n-1)-cellule de 𝒞\mathscr{C} qui n’est pas contenue dans ftrop​(∂X)f_{\text{trop}}(\partial X). Qualifions de bonne toute surjection affine u:Ttrop→𝐑nu\colon T_{\text{trop}}\rightarrow\mathbf{R}^{n} qui possède les propriétés suivantes :

  • —

    si CC est une nn-cellule de 𝒞\mathscr{C} contenant FF alors u|⟨C⟩u|_{\langle C\rangle} est injective  ;

  • —

    si GG est une (n−1)(n-1)-cellule de 𝒞\mathscr{C} qui diffère de FF alors

    ⟨u⁡(G)⟩≠⟨u⁡(F)⟩.\langle u(G)\rangle\neq\langle u(F)\rangle.

Chacune de ces conditions définit un ouvert de Zariski non vide de l’espace affine Aff⁡(Ttrop,𝐑n){\rm Aff}(T_{\text{trop}},\mathbf{R}^{n}). L’ensemble Ω\Omega des bonnes applications affines de TtropT_{\text{trop}} dans 𝐑n\mathbf{R}^{n} est donc un ouvert de Zariski dense de Aff⁡(Ttrop,𝐑n){\rm Aff}(T_{\text{trop}},\mathbf{R}^{n})  ; notons Ω𝐙\Omega_{\mathbf{Z}} le sous-ensemble de Ω\Omega formé des applications affines dont la partie vectorielle est entière et la partie de translation est dans log⁡|k×|\log\mathopen{|}{k^{\times}}\mathclose{|}  ; on peut également décrire Ω𝐙\Omega_{\mathbf{Z}} comme l’ensemble des applications affines appartenant à Ω\Omega qui sont de la forme ptropp_{\text{trop}} où p:T→𝐆mnp\colon T\rightarrow\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n} est un morphisme affine et surjectif de tores. Comme |k×|≠{1}|k^{\times}|\neq\{1\}, l’ensemble Ω𝐙\Omega_{\mathbf{Z}} est non vide, et rencontre même tout ouvert de Zariski non vide de Aff⁡(Ttrop,𝐑n){\rm Aff}(T_{\text{trop}},\mathbf{R}^{n}).

Soit u∈Ω𝐙u\in\Omega_{\mathbf{Z}} et soit p:T→𝐆mnp\colon T\rightarrow\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n} un morphisme affine et surjectif de tores tel que u=ptropu=p_{\text{trop}}. Notons 𝒞F\mathscr{C}_{F} l’ensemble des cellules appartenant à 𝒞\mathscr{C} dont FF est une face. Notons H+H^{+} et H−H^{-} les deux demi-espaces délimités par ptrop​(⟨F⟩)p_{\text{trop}}(\langle F\rangle). Soit CC un élément de 𝒞F\mathscr{C}_{F} ; alors ptrop​(C)p_{\text{trop}}(C) est contenu dans l’un des deux demi-espaces H+H^{+} et H−H^{-}, et l’un deux seulement ; on posera εC=1\varepsilon_{C}=1 si ptrop​(C)⊂H+p_{\text{trop}}(C)\subset H^{+} et εC=−1\varepsilon_{C}=-1 sinon. Notons aussi σC:𝐑n→Ttrop\sigma_{C}\colon\mathbf{R}^{n}\rightarrow T_{\text{trop}} l’unique section de ptropp_{\text{trop}} dont l’image est ⟨C⟩\langle C\rangle.

Par définition d’une bonne application affine, il existe x∈Fx\in F et un pavé ouvert U⊂𝐑nU\subset\mathbf{R}^{n} de centre y:=ptrop​(x)y:=p_{\text{trop}}(x) possédant les propriétés suivantes :

  • —

    les seules cellules fermées de 𝒞\mathscr{C} contenant xx sont FF et les éléments de 𝒞F\mathscr{C}_{F}, ce qui implique que ⋃C∈𝒞FC\bigcup_{C\in\mathscr{C}_{F}}C est un voisinage de xx dans ftrop​(X)f_{\text{trop}}(X)  ;

  • —

    si GG est une (n−1)(n-1)-cellule de 𝒞\mathscr{C} différente de FF alors ptrop​(G)∩U=∅p_{\text{trop}}(G)\cap U=\emptyset.

Posons U+=U∩H+U^{+}=U\cap H^{+} et U−=U∩H−U^{-}=U\cap H^{-}. Pour toute C∈𝒫FC\in\mathscr{P}_{F}, l’image réciproque de UU sur CC est un demi-pavé UCU_{C} (fermé le long de sa tranche médiane) de l’espace affine ⟨C⟩\langle C\rangle, qui s’envoie homéomorphiquement sur U+U^{+} si εC=1\varepsilon_{C}=1 et sur U−U^{-} si εC=−1\varepsilon_{C}=-1. La réunion VV des UCU_{C}, pour C∈𝒞FC\in\mathscr{C}_{F}, est une composante connexe de ptrop−1​(U)p_{\text{trop}}^{-1}(U).

La condition 2) ci-dessus et les hypothèses faites sur FF et sur la décomposition 𝒞\mathscr{C} garantissent que UU ne rencontre pas (p∘f)trop​(∂X)(p\circ f)_{\text{trop}}(\partial X). Il résulte alors de la section 2.4 que (p∘f)|ftrop−1​(V)(p\circ f)|_{f_{\text{trop}}^{-1}(V)} est fini et plat sur UsqU_{\mathrm{sq}}  ; soit dd le degré correspondant.

Pour toute C∈𝒞FC\in\mathscr{C}_{F}, notons UC′U^{\prime}_{C} le demi-pavé ouvert UC−FU_{C}-F. Les composantes connexes de l’image réciproque de U+⁣+:=U+−ptrop​(F)U^{++}:=U^{+}-p_{\text{trop}}(F) dans VV sont exactement les UP′​CU^{\prime}_{P}C pour les polytopes C∈𝒫FC\in\mathscr{P}_{F} tels que εC=1\varepsilon_{C}=1. Comme ftrop−1​(V)f_{\text{trop}}^{-1}(V) est fini et plat de degré dd sur Usq+⁣+U^{++}_{\mathrm{sq}}, on en déduit l’assertion suivante : pour toute CC tel que εC=1\varepsilon_{C}=1, l’ouvert ftrop−1​(UC′)f_{\text{trop}}^{-1}(U^{\prime}_{C}) de XX est fini et plat sur U+⁣+U^{++}, et si dCd_{C} désigne le degré correspondant alors d=∑dCd=\sum d_{C}.

Les composantes connexes de l’image réciproque de U−⁣−:=U−−ptrop​(F)U^{--}:=U^{-}-p_{\text{trop}}(F) dans VV sont exactement les UC′U^{\prime}_{C} pour les indices ii tels que εC=−1\varepsilon_{C}=-1. Comme ftrop−1​(V)f_{\text{trop}}^{-1}(V) est fini et plat de degré dd sur Usq−⁣−U^{--}_{\mathrm{sq}}, on en déduit l’assertion suivante : pour toute CC tel que εC=−1\varepsilon_{C}=-1, l’ouvert ftrop−1​(UC′)f_{\text{trop}}^{-1}(U^{\prime}_{C}) de XX est fini et plat sur U−⁣−U^{--}, et si dCd_{C} désigne le degré correspondant alors d=∑dCd=\sum d_{C}.

Il résulte par ailleurs de la définition des entiers dCd_{C} et du calibrage μf\mu_{f} que pour toute cellule C∈𝒞FC\in\mathscr{C}_{F}, la restriction de μf\mu_{f} à UC′U^{\prime}_{C} est égale à εC​dC​σC,∗​(e1∧⋯∧en)\varepsilon_{C}\,d_{C}\,\sigma_{C,*}(e_{1}\wedge\dots\wedge e_{n}). La discordance de μf\mu_{f} le long de ff est donc égale à la somme

∑C∈𝒞FεC​dC​σC,∗​(e1∧⋯∧en).\sum_{C\in\mathscr{C}_{F}}\varepsilon_{C}\,d_{C}\,\sigma_{C,*}(e_{1}\wedge\dots\wedge e_{n}).

Comme

∑C,ϵC=1dC=∑C,ϵC=−1dC=d,\sum_{C,\epsilon_{C}=1}d_{C}=\sum_{C,\epsilon_{C}=-1}d_{C}=d,

on a ∑ϵC​dC=0\sum\epsilon_{C}d_{C}=0. Par suite,

⋀nptrop​(μF)=∑CεC​dC​e1∧⋯∧en=0.\bigwedge^{n}p_{\text{trop}}(\mu_{F})=\sum_{C}\varepsilon_{C}d_{C}e_{1}\wedge\dots\wedge e_{n}=0.

Cela prouve que μC\mu_{C} appartient au noyau de ⋀nptrop\bigwedge^{n}p_{\text{trop}}.

Ceci vaut pour tout morphisme affine pp de tores tel que ptropp_{\text{trop}} soit une bonne application affine. Par conséquent,

μF∈⋂u∈Ω𝐙ker⋀nu.\mu_{F}\in\bigcap_{u\in\Omega_{\mathbf{Z}}}\ker\bigwedge^{n}u.

On en déduit que μF=0\mu_{F}=0. ∎

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