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4.2 Courants [01RH]

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4.2 Courants

4.2.1 Formes à support propre

On dit qu’une forme α\alpha sur XX est à support propre si son support est compact et disjoint du bord ∂(X)\partial(X) de XX.

On note 𝒜cp,q​(X)\mathscr{A}_{\text{c}}^{p,q}(X) le sous-espace de 𝒜p,q​(X)\mathscr{A}^{p,q}(X) constitué des formes lisses à support propre.

Cette terminologie a été choisie par analogie avec celle des morphismes propres en géométrie analytique de Berkovich : en effet un morphisme ff entre deux espaces analytiques est propre si et seulement si l’application sous-jacente entre espaces topologiques est propre et s’il est sans bord ([8], (1.5.3), (iii)).

4.2.2

On appelle courant de bidimension (p,q)(p,q) sur XX une forme linéaire continue sur l’espace 𝒜cp,q​(X)\mathscr{A}_{\text{c}}^{p,q}(X) des formes lisses de type (p,q)(p,q) à support propre. On notera ⟨S,α⟩\langle S,\alpha\rangle l’image de la forme α\alpha par le courant SS.

On note 𝒟p,q​(X)\mathscr{D}_{p,q}(X) l’ensemble des courants de bidimension (p,q)(p,q). Si XX est équidimensionnel de dimension nn, on posera aussi 𝒟p,q=𝒟n−p,n−q\mathscr{D}^{p,q}=\mathscr{D}_{n-p,n-q} et on dira que c’est l’espace des courants de bidegré (p,q)(p,q).

Ce sont des modules sur l’anneau des fonctions lisses sur XX. Plus précisément, l’espace vectoriel bigradué 𝒟⁡(X)\mathscr{D}(X), somme directe des espaces 𝒟p,q​(X)\mathscr{D}_{p,q}(X), est un module gradué (à gauche) sur l’espace vectoriel 𝒜⁡(X)\mathscr{A}(X) des formes lisses sur XX. Si α∈𝒜cp,q​(X)\alpha\in\mathscr{A}^{p,q}_{\text{c}}(X) et TT est de bidimension (p′,q′)(p^{\prime},q^{\prime}), le courant α​T\alpha T est de bidimension (p′−p,q′−q)(p^{\prime}-p,q^{\prime}-q) ; si TT est de bidegré (p′,q′)(p^{\prime},q^{\prime}), α​T\alpha T est de bidegré (p′+p,q′+q)(p^{\prime}+p,q^{\prime}+q).

4.2.3 Image directe d’un courant

Soit XX un espace analytique bon et topologiquement séparé. Soit LL une extension complète de kk, soit YY un LL-espace analytique (bon et topologiquement séparé) et soit φ:Y→XL\varphi\colon Y\rightarrow X_{L} un morphisme propre d’espaces analytiques.

Le morphisme φ\varphi induit une application linéaire naturelle, notée φ∗\varphi^{*}, de 𝒜(p,q)​(X)\mathscr{A}^{(p,q)}(X) dans 𝒜(p,q)​(Y)\mathscr{A}^{(p,q)}(Y). Soit ω\omega une forme lisse à support propre sur XX. Soit ωL\omega_{L} la forme qui s’en déduit sur XLX_{L} ; son support est encore compact et ne rencontre pas le bord de XLX_{L} car un espace sans bord reste sans bord par changement de base par une extension de corps valués complets. Comme φ\varphi est propre, la forme φ∗​ωL\varphi^{*}\omega_{L} est encore à support propre.

L’application φ∗\varphi^{*} de 𝒜c(p,q)​(X)\mathscr{A}^{(p,q)}_{\text{c}}(X) dans 𝒜c(p,q)​(Y)\mathscr{A}^{(p,q)}_{\text{c}}(Y) ainsi définie est linéaire et continue. Elle induit par dualité une application linéaire φ∗\varphi_{*} de 𝒟(p,q)​(Y)\mathscr{D}_{(p,q)}(Y) dans 𝒟(p,q)​(X)\mathscr{D}_{(p,q)}(X).

4.2.4 Propriété de faisceau

Soit UU un ouvert de XX. Comme ∂(U)=U∩∂(X)\partial(U)=U\cap\partial(X), toute forme sur l’espace UU dont le support est compact et disjoint de ∂(U)\partial(U) peut être vue comme une forme sur XX dont le support est compact et disjoint de ∂(X)\partial(X). Un courant sur XX définit un courant sur UU ; l’application U↦𝒟p,q​(U)U\mapsto\mathscr{D}_{p,q}(U) est un préfaisceau.

\lemmname 4.2.5.

Ce préfaisceau U↦𝒟p,q​(U)U\mapsto\mathscr{D}_{p,q}(U) est un faisceau de 𝒜0\mathscr{A}^{0}-modules sur XX. C’est en particulier un faisceau fin.

Démonstration.

Soit (Ui)(U_{i}) un recouvrement ouvert d’un ouvert UU de XX, pour tout ii, soit SiS_{i} un courant sur UiU_{i} tels que la restriction à Ui∩UjU_{i}\cap U_{j} des courants SiS_{i} et SjS_{j} coïncident, pour tous i,ji,j. Démontrons qu’il existe une unique courant SS sur UU dont la restriction à UiU_{i} est égale à SiS_{i}.

Soit ω\omega une (p,q)(p,q)-forme à support sur UU dont le support est compact et disjoint de ∂(U)\partial(U). Soit (φi)(\varphi_{i}) une famille de fonctions lisses sur UU, où pour tout ii, le support de φi\varphi_{i} est compact et contenu dans Int⁡(Ui/k)\operatorname{Int}(U_{i}/k), telles que ∑φi\sum\varphi_{i} soit égale à 11 au voisinage du support de ω\omega. En effet, soit VV un voisinage ouvert paracompact du support de ω\omega dans UU ; pour tout ii, posons Vi=Ui∩VV_{i}=U_{i}\cap V. La famille (Vi)(V_{i}) est un recouvrement ouvert de VV ; il existe donc (proposition 3.3.6) une partition de l’unité (φi)(\varphi_{i}) subordonnée à (Vi)(V_{i}) et constituée de fonctions lisses sur VV.

On a ω=∑φi​ω\omega=\sum\varphi_{i}\omega, et seuls un nombre fini de termes de cette somme sont non nuls. Si SS est un courant sur UU dont la restriction à UiU_{i} est égale à SiS_{i}, on a donc nécessairement ⟨ω,S⟩=∑⟨φi​ω,Si⟩\langle\omega,S\rangle=\sum\langle\varphi_{i}\omega,S_{i}\rangle, d’où l’unicité d’un courant SS vérifiant les conditions requises.

Soit V′V^{\prime} un second ouvert paracompact contenant le support de ω\omega ; posons Vi′=Ui∩V′V^{\prime}_{i}=U_{i}\cap V^{\prime} et considérons une partition de l’unité (φi′)(\varphi^{\prime}_{i}) subordonnée à (Vi′)(V^{\prime}_{i}) et constituée de fonctions lisses sur V′V^{\prime}. On a aussi ω=∑i,jφj′​φi​ω\omega=\sum_{i,j}\varphi^{\prime}_{j}\varphi_{i}\omega, si bien que

∑j⟨φj′​ω,Sj⟩=∑i,j⟨φj′​φi​ω,Sj⟩=∑i,j⟨φj′​φi​ω,Sj⟩=∑i⟨φi​ω,Si⟩,\sum_{j}\langle\varphi^{\prime}_{j}\omega,S_{j}\rangle=\sum_{i,j}\langle\varphi^{\prime}_{j}\varphi_{i}\omega,S_{j}\rangle=\sum_{i,j}\langle\varphi^{\prime}_{j}\varphi_{i}\omega,S_{j}\rangle=\sum_{i}\langle\varphi_{i}\omega,S_{i}\rangle,

où la deuxième égalité découle de la condition de coïncidence des courants SiS_{i}.

Il existe donc une unique application SS de l’espace 𝒜cp,q​(U)\mathscr{A}^{p,q}_{\text{c}}(U) dans 𝐑\mathbf{R} telle que ⟨ω,S⟩=∑⟨φi​ω,Si⟩\langle\omega,S\rangle=\sum\langle\varphi_{i}\omega,S_{i}\rangle pour tout ouvert paracompact VV contenant le support de la (p,q)(p,q)-forme ω\omega et toute partition de l’unité (φi)(\varphi_{i}) subordonnée au recouvrement (Ui∩V)(U_{i}\cap V) de VV formée de fonctions lisses sur VV. Cette application est linéaire.

C’est un courant sur UU. Soit (ωn)(\omega_{n}) une suite de (p,q)(p,q)-formes lisses à supports compacts sur UU qui converge vers 00. Par définition, il existe une famille finie (Wα)(W_{\alpha}) d’affinoïdes de UU et pour tout α\alpha, un moment τα:Wα→𝐆mnα\tau_{\alpha}\colon W_{\alpha}\rightarrow\mathbf{G}_{\mathrm{m}}^{n_{\alpha}} et des (p,q)(p,q)-formes lisses ηn,α\eta_{n,\alpha} sur 𝐆m,tropnα\mathbf{G}_{\mathrm{m},{\text{trop}}}^{n_{\alpha}} telles que τα∗​ηn,α=ωn|Wα\tau_{\alpha}^{*}\eta_{n,\alpha}=\omega_{n}|_{W_{\alpha}}, la suite (ηn,α)(\eta_{n,\alpha}) tendant, pour tout α\alpha, vers 00 sur le polytope τα​(Wα)\tau_{\alpha}(W_{\alpha}). Soit VV un voisinage paracompact de la réunion des WαW_{\alpha} et soit (φi)(\varphi_{i}) une partition de l’unité subordonnée au recouvrement (Ui∩V)(U_{i}\cap V).

On peut raffiner les cartes tropicales (Wα,τα)(W_{\alpha},\tau_{\alpha}) de sorte que pour tout α\alpha, WαW_{\alpha} soit contenu dans l’un des UiU_{i} et que, pour tout ii et tout α\alpha, la restriction à WαW_{\alpha} de φi\varphi_{i} soit de la forme τα∗​ψα,i\tau_{\alpha}^{*}\psi_{\alpha,i}, où ψα,i\psi_{\alpha,i} est une fonction lisse sur 𝐆m,tropnα\mathbf{G}_{\mathrm{m},{\text{trop}}}^{n_{\alpha}}.

Pour tout nn, on a

⟨ωn,S⟩=∑i⟨φi​ωn,Si⟩.\langle\omega_{n},S\rangle=\sum_{i}\langle\varphi_{i}\omega_{n},S_{i}\rangle.

D’après le lemme 4.1.2, φi​ωn\varphi_{i}\omega_{n} tend vers 00 dans l’espace des formes à support compact sur UiU_{i}, donc ⟨φi​ωn,Si⟩\langle\varphi_{i}\omega_{n},S_{i}\rangle tend vers 00. Finalement, ⟨ωn,S⟩\langle\omega_{n},S\rangle tend vers 00. Cela démontre que SS est un courant.

Soit ω\omega une (p,q)(p,q)-forme dont le support est compact et contenu dans UjU_{j} ; soit VV et (φi)(\varphi_{i}) comme ci-dessus, où VV est contenu dans UjU_{j}. Pour tout ii, le support de φi​ω\varphi_{i}\omega est contenu dans Ui∩UjU_{i}\cap U_{j}, donc ⟨φi​ω,Sj⟩=⟨φi​ω,Si⟩\langle\varphi_{i}\omega,S_{j}\rangle=\langle\varphi_{i}\omega,S_{i}\rangle. Alors,

⟨ω,S⟩=∑⟨φi​ω,Si⟩=∑⟨φi​ω,Sj⟩=⟨ω,Sj⟩.\langle\omega,S\rangle=\sum\langle\varphi_{i}\omega,S_{i}\rangle=\sum\langle\varphi_{i}\omega,S_{j}\rangle=\langle\omega,S_{j}\rangle.

Cela démontre que la restriction à UiU_{i} du courant SS est égale à SiS_{i}. ∎

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