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6.2.1 Fibrés vectoriels [01V5]

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6.2.1 Fibrés vectoriels

Un fibré vectoriel sur un espace kk-analytique XX est un faisceau en modules localement libres de rang fini sur le site annelé XGX_{\rm G} (à savoir XX muni de la G-topologie et du faisceau structural).

Il définit par restriction à l’espace topologique XX un faisceau en 𝒪X\mathscr{O}_{X}-modules, dont on ne sait pas s’il est en général localement libre. C’est toutefois toujours le cas lorsque XX est bon, et notamment sans bord  ; on dispose même plus précisément dans cette situation d’une équivalence entre la catégorie des 𝒪XG\mathscr{O}_{X_{\rm G}}-modules localement libres de rang fini et celle des 𝒪X\mathscr{O}_{X}-modules localement libres de rang fini ([8], prop. 1.3.4).

Soit XX un espace analytique et soit EE un fibré vectoriel sur XX. Notons 𝐕⁡(E)\mathbf{V}(E) l’espace total de EE : c’est un espace analytique muni d’un morphisme π\pi vers XX dont les sections au-dessus d’un domaine analytique de XX s’identifient aux sections de EE sur ce domaine. Si E=𝒪XnE=\mathscr{O}_{X}^{n}, alors 𝐕⁡(E)=𝐀Xn\mathbf{V}(E)=\mathbf{A}^{n}_{X} est l’espace affine (analytique) au-dessus de XX ; dans le cas général, on le construit par recollement.

\definame 6.2.2 (Métriques).

Soit XX un espace analytique et soit EE un fibré vectoriel sur XX. Une métrique continue sur EE est une application continue ∥⋅∥:𝐕⁡(E)→𝐑+\mathopen{\|}{\cdot}\mathclose{\|}\colon\mathbf{V}(E)\rightarrow\mathbf{R}_{+} qui est une norme dans chaque fibre, au sens suivant : pour tout point x∈Xx\in X, toute extension valuée complète LL de ℋ⁡(x)\mathscr{H}(x), l’application de E⁡(x)⊗LE(x)\otimes L dans 𝐑\mathbf{R} donnée par la composition

E⁡(x)⊗L↪𝐕⁡(E)×L→𝐕⁡(E)→∥⋅∥𝐑+E(x)\otimes L\hookrightarrow\mathbf{V}(E)\times L\rightarrow\mathbf{V}(E)\xrightarrow{\mathopen{\|}{\cdot}\mathclose{\|}}\mathbf{R}_{+}

est une norme ultramétrique sur le LL-espace vectoriel de dimension finie E⁡(x)⊗LE(x)\otimes L.

On notera souvent E¯\bar{E} la donnée d’un fibré vectoriel EE sur XX et d’une métrique sur ce fibré.

\remaname 6.2.3.

Soit XX un espace analytique, soit EE un fibré vectoriel sur XX muni d’une métrique continue ∥⋅∥\mathopen{\|}{\cdot}\mathclose{\|}. Pour toute section ss de EE sur un domaine analytique UU de XX, on déduit de ∥⋅∥\mathopen{\|}{\cdot}\mathclose{\|} une application continue, notée ∥s∥\mathopen{\|}{s}\mathclose{\|}, de UU dans 𝐑+\mathbf{R}_{+} : c’est la composition

U→𝑠𝐕⁡(E)→∥⋅∥𝐑+,U\xrightarrow{s}\mathbf{V}(E)\xrightarrow{\mathopen{\|}{\cdot}\mathclose{\|}}\mathbf{R}_{+},

où l’on note encore ss la section au-dessus de UU de la projection canonique de 𝐕⁡(E)\mathbf{V}(E) sur XX.

Notons 𝒞X0\mathscr{C}^{0}_{X} (resp. 𝒞XG0\mathscr{C}^{0}_{X_{\rm G}}) le faisceau U↦𝒞0​(U,𝐑)U\mapsto\mathscr{C}^{0}(U,\mathbf{R}) sur l’espace topologique XX (resp. le site XGX_{\rm G}). Une métrique continue sur EE donne lieu à un morphisme de faisceaux E→𝒞XG0E\to\mathscr{C}^{0}_{X_{\rm G}}, noté s↦∥s∥s\mapsto\mathopen{\|}{s}\mathclose{\|}, qui vérifie les propriétés suivantes :

  • —

    Si UU est un domaine analytique de XX, f∈Γ⁡(U,𝒪X)f\in\Gamma(U,\mathscr{O}_{X}) et s∈Γ⁡(U,E)s\in\Gamma(U,E), alors ∥f​s∥=|f|​∥s∥\mathopen{\|}{fs}\mathclose{\|}=\mathopen{|}{f}\mathclose{|}\mathopen{\|}{s}\mathclose{\|} ;

  • —

    Si UU est un domaine analytique de XX et s1,s2∈Γ⁡(U,E)s_{1},s_{2}\in\Gamma(U,E), alors ∥s1+s2∥≤max⁡(∥s1∥,∥s2∥)\mathopen{\|}{s_{1}+s_{2}}\mathclose{\|}\leq\max(\mathopen{\|}{s_{1}}\mathclose{\|},\mathopen{\|}{s_{2}}\mathclose{\|}) ;

  • —

    Si UU est un domaine analytique de XX et s∈Γ⁡(U,E)s\in\Gamma(U,E), la fonction ∥s∥\mathopen{\|}{s}\mathclose{\|} est à valeurs positives et s’annule en un point xx de UU si et seulement si s⁡(x)=0s(x)=0.

\definame 6.2.4 (Métriques lisses).

On dit qu’une métrique sur un fibré vectoriel EE est lisse si l’application de 𝐕⁡(E) {0}\mathbf{V}(E)\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}}\{0\} dans 𝐑+∗\mathbf{R}_{+}^{*} déduite par restriction au complémentaire de la section nulle est lisse.

\remaname 6.2.5.

Soit LL un fibré en droite muni d’une métrique. Pour que cette métrique soit lisse, il faut et il suffit que pour toute section inversible ss sur un ouvert UU de XX, la fonction log⁡∥s∥\log\mathopen{\|}{s}\mathclose{\|} soit lisse sur UU.

La nécessité de la condition est évidente, car ∥s∥\mathopen{\|}{s}\mathclose{\|} est la composition de la norme et de la section U→𝐕⁡(E)U\rightarrow\mathbf{V}(E) déduite de ss, l’image de cette section étant contenue dans le complémentaire de la section nulle. Inversement, la section ss fournit un isomorphisme de 𝐕⁡(E)|U\mathbf{V}(E)|_{U} avec 𝐀1×U\mathbf{A}^{1}\times U ; par cet isomorphisme, la métrique est transformée en l’application (t,x)↦|t|​∥s⁡(x)∥(t,x)\mapsto\mathopen{|}{t}\mathclose{|}\mathopen{\|}{s(x)}\mathclose{\|} ; sa restriction au complémentaire 𝐆m×U\mathbf{G}_{\mathrm{m}}\times U de la section nulle est donc lisse.

\propname 6.2.6.

Soit XX un espace kk-analytique bon et paracompact. Tout fibré en droites sur XX possède une métrique lisse.

Il serait intéressant de prouver que tout fibré vectoriel sur XX possède une métrique lisse. Les arguments de la proposition montrent qu’il suffit de savoir traiter le cas d’un fibré vectoriel trivial.

Démonstration.

Soit LL un fibré en droites sur XX. Comme XX est bon, il existe un recouvrement (Ui)(U_{i}) un recouvrement de XX par des ouverts sur lesquels LL est trivialisable. Soit (λi)(\lambda_{i}) une partition de l’unité lisse subordonnée au recouvrement ouvert (Ui)(U_{i}). Pour tout ii, soit sis_{i} une section inversible de L|UiL|_{U_{i}}. Il existe une unique métrique sur LL pour laquelle,

log⁡∥s∥​(x)=∑iλi​(x)​log⁡|s/si|​(x)\log\mathopen{\|}{s}\mathclose{\|}(x)=\sum_{i}\lambda_{i}(x)\log\mathopen{|}{s/s_{i}}\mathclose{|}(x)

pour tout ouvert UU de XX et toute section inversible ss de LL sur UU, la somme étant réduite aux indices ii tels que x∈Uix\in U_{i}. Pour une telle section ss, la fonction log⁡∥s∥\log\mathopen{\|}{s}\mathclose{\|} est lisse, si bien que la métrique ainsi définie sur LL est lisse. ∎

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