Faisceaux automorphes pour GL (n): la premiere construction de

arXiv:alg-geom/9511004v1 7 Nov 1995
Faisceaux automorphes pour GLn:
la premi`ere construction de Drinfeld
G´erard Laumon
Drinfeld a associ´e `a tout syst`eme local irr´eductible Lde rang 2 sur une surface de
Riemann compacte Xun “faisceau automorphe” WL,2sur l’espace de modules Fib2
Xdes
fibr´es vectoriels de rang 2 sur X.
En fait, Drinfeld a donn´e deux constructions de WL,2. La premi`ere est bas´ee sur
l’existence d’un mod`ele de Whittaker pour toute repr´esentation automorphe cuspidale
pour GL2. Elle garde un sens en caract´eristique positive et a ´et´e expos´ee dans [Dr]. Si n
est un entier 2 arbitraire, toute repr´esentation automorphe cuspidale pour GLnadmet
un mod`ele de Whittaker et il est possible d’´etendre conjecturalement cette premi`ere
construction en rang n(cf. [La]).
La seconde construction est bas´ee sur un calcul explicite de l’anneau des sections
globales d’un certain faisceau d’op´erateurs diff´erentiels sur l’espace de modules Fib2
X.
Elle n’a pour l’instant de sens qu’en caract´eristique nulle mais, par contre, elle est de
port´ee plus g´en´erale que la premi`ere construction car elle s’´etend conjecturalement aux
G-syst`emes locaux pour une groupe r´eductif Garbitraire.
Dans ces deux expos´es, donn´es `a Luminy lors du Colloque “Fibr´es vectoriels sur les
courbes et th´eorie de Langlands”, en juin 1995, je reprends la premi`ere construction de
Drinfeld en rang narbitraire, d’un point de vue l´eg`erement diff´erent de celui de [La] (ce
point de vue a aussi ´et´e consid´er´e par Bernstein et Vilonen).
Table des mati`eres
Expos´e I
1. Le diagramme de champs fondamental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2. Faisceaux de Whittaker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3. La construction fondamentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
4. Op´erateurs de Hecke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2 G. LAUMON
Expos´e II
1. Passage `a la caract´eristique p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2. Fonction trace de Frobenius de WL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3. La fonction trace de Frobenius de W
L,n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4. Op´erateurs de Hecke et fonctions trace de Frobenius . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Compl´ements
1. Variante sch´ematique du diagramme fondamental. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2. Vari´et´es caract´eristiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3. Une variante de la construction du complexe W
L,n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Bibliographie
FAISCEAUX AUTOMORPHES POUR GLn3
Expos´e I
1. Le diagramme de champs fondamental.
On fixe une courbe X, connexe, projective, lisse et de genre g2 sur le corps des
nombres complexes. On fixe de plus un entier n1 et un entier m0> n(3n1)(g1).
Pour chaque i= 1,...,n, on pose
mi=m0+i(i1)(g1)
et on note Cohi,mi
Xle champ des OX-Modules coh´erents Mide rang g´en´erique iet de
degr´e mi. C’est un champ alg´ebrique connexe et lisse de dimension i2(g1) sur C.
On note
Ci⊂ Cohi,mi
X
l’ouvert form´e des Mitels que
HomOX(Mi,(Ω1
X)(2n1)) = (0).
Pour chaque Midans Cion a
HomOX(Mi,(Ω1
X)j) = (0) (j2n1),
puisque H0(X, 1
X)6= (0) par hypoth`ese sur g, et donc
Ext1
OX((Ω1
X)j,Mi) = (0) (j2n2)
par dualit´e de Serre.
LEMME 1.1. — L’ouvert Ciest non vide et de type fini sur C.
Plus pr´ecis´ement, pour i= 0, on a C0=Coh0,m0
X. Pour i= 1,...,n, l’ouvert Ci
de Cohi,mi
Xcontient l’ouvert Fibi,mi,ss
Xdes OX-Modules localement libres semi-stables de
rang iet de degr´e miet, pour tout point Mide Ci, on a
mideg Mtors
i
iµ(Mi/Mtors
i)4(n1)(g1),
o`u Mtors
iest le plus grand sous-OX-Module de torsion de Miet o`u, pour tout OX-Module
localement libre de rang fini, on a pos´e
µ(E) = Infdeg(E/F)
rg(E/F)|(0) ⊂ F $Eet E/Fest sans torsion.
4 G. LAUMON
Preuve : Pour i= 0, chaque M0est engendr´e par ses sections globales, de sorte que
C0=Coh0,m0
Xadmet une pr´esentation globale
Quot0,m0
Om0
X/X ։Coh0,m0
X
et est donc de type fini.
Supposons donc i1. Si Liun point de Fibi,mi,ss
X, on a HomOX(Li,(Ω1
X)(2n1)) =
(0) car (2n1)(2g2) < mi/i par hypoth`ese sur m0, d’o`u l’inclusion Fibi,mi,ss
X⊂ Ci.
De plus, pour tout OX-Module localement libre de rang fini Gqui est semi-stable, on a
HomOX(G,(Ω1
X)(2n1))6= (0)
d`es que
µ(G) = deg(G)
rg(G)<(2n2)(2g2) = 4(n1)(g1).
Par suite, si un tel Gest quotient d’un Mi∈ Ci, on a n´ecessairement µ(G)4(n1)(g1).
D’o`u la conclusion
Pour chaque i= 0,...,n, notons
πi:Ei→ Ci
le fibr´e vectoriel de fibre HomOX((Ω1
X)(i1),Mi) en Mi∈ Ciet
π
i:E
i→ Ci
le fibr´e vectoriel dual, de fibre Ext1
OX(Mi,(Ω1
X)i) en Mi. Les fibr´es πiet π
isont tous
les deux de rang m0i2(g1) et Eiet E
isont donc tous les deux des champs alg´ebriques
lisses et connexes, de dimension m0, sur C. Un point de Ei(resp. E
i) est une fl`eche
(Ω1
X)(i1) → Mi
(resp. une extension
(Ω1
X)i֒→ Mi+1 ։Mi)
de OX-Modules avec Mi∈ Ci.
Pour chaque i= 1,...,n, on notera
E
i⊂ Ei
l’ouvert des fl`eches de OX-Modules
(Ω1
X)(i1) → Mi
FAISCEAUX AUTOMORPHES POUR GLn5
qui sont injectives (cet ouvert est non vide d’apr`es le lemme 1.1) et on notera
E∨◦
i1⊂ E
i1
l’ouvert des extensions de OX-Modules
(Ω1
X)(i1) ֒→ Mi։Mi1
telles que l’on ait HomOX(Mi,(Ω1
X)(2n1)) = (0). On d´efinit un isomorphisme de C-
champs alg´ebriques
E
i
→ E
i1
en envoyant
(Ω1
X)(i1) ֒→ Mi
sur
(Ω1
X)(i1) ֒→ Mi։Mi1,
o`u Mi1est le quotient de Mipar l’image de (Ω1
X)(i1). On a bien
HomOX(Mi1,(Ω1
X)(2n1)) = (0)
car on a un plongement
HomOX(Mi1,(Ω1
X)(2n1))֒HomOX(Mi,(Ω1
X)(2n1)) = (0).
Le diagramme fondamental est alors le diagramme de morphismes de champs
alg´ebriques sur C
En⊃ E
n
=E∨◦
n1⊂ E
n1
ւ ց
Cn
···
E1⊃ E
1
=E∨◦
0⊂ E
0
ց ւ ց
C1C0.
On a des actions naturelles du groupe multiplicatif Gm(sur C) sur les fibr´es vectoriels
du diagramme ci-dessus, par multiplication dans les fibres. Il est facile de voir que, pour
tout i= 1,...,n, les ouverts E
i⊂ Eiet E∨◦
i1⊂ E
i1sont Gm-invariants et l’isomorphisme
E
i
=E∨◦
i1est Gm-´equivariant.
2. Faisceaux de Whittaker.
Soit Lun syst`eme local irr´eductible de C-espaces vectoriels de rang nsur X. Une
construction, due `a Deligne, associe `a Lun faisceau constructible de C-espaces vectoriels
L(m0)sur le produit sym´etrique X(m0)=Xm0/Sm0, espace de modules des diviseurs
effectifs de degr´e m0sur X: on consid`ere le revˆetement
r:Xm0X(m0),(x1,...,xm0)7→ x1+···+xm0,
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