Bull. Math. Soc. Sci. Math. Roumanie
Tome 51(99) No. 3, 2008, 219–231
R´esultant et degr´e topologique en dimension deux
by
S. Jadiba
Abstract
Soient f(x, y) et g(x, y) deux polynˆomes non constants `a deux vari-
ables et `a coefficients dans C.Nous ´etudions la relation entre les degr´es du
esultant de fuet gvpar rapport `a xet `a yet le degr´e topologique deg ϕ
de l’application ϕ= (f, g) : C2C2.Le cas particulier o`u deg ϕ= 0
a ´et´e trait´e par Sakkalis [S]. En tant qu’application, nous donnons une
d´emonstration constructive du fait connu, voir Borel [Bo], qu’un morphisme
ϕ:C2C2qui est injective est en effet un automorphisme de C2.
Let f(x, y) and g(x, y) be two non-constant polynomials in two variables
with complex coefficients. We study the relation between the degrees of the
resultant of fuand gvwith respect to xand yand the topological degree
deg ϕof the application ϕ= (f, g) : C2C2.The special case deg ϕ= 0
was considered by Sakkalis [S]. As an application, we give a constructive
proof of the known fact, see Borel [Bo], that an injective morphism ϕ:
C2C2is actually an automorphism of C2.
Key Words: R´esultant, degr´e topologique, automorphismes affines.
2000 Mathematics Subject Classification: Primary 14R10, 14R15,
Secondary 14E22.
1 Introduction
Soient f(x, y), g(x, y)C[x, y] deux polynˆomes non constants et soient uet v
deux ind´etermin´ees. On pose:
A(x, u, v) = resy(fu, g v) = Ak(u, v)xk+...+A0(u, v)C[x, u, v]
et
B(y, u, v) = resx(fu, g v) = Br(u, v)yr+...+B0(u, v)C[y, u, v].
220
Si les polynˆomes f, g sont quelconques, il n’y a pas de relation int´eressante
entre k,ret le degr´e topologique deg ϕde l’application
ϕ= (f, g) : C2C2,
voir Exemple 3.1.
Le r´esultat principal de cet article, Th´eor`eme 3.2, nous dit que lorsque f
et gsont xet, respectivement, yr´eguliers (condition qu’on peut facilement
r´ealiser par un changement de coordonn´ees lin´eaires), on a k=r= deg ϕ. Ici
deg ϕ= #ϕ1(u, v) pour (u, v)C2g´en´erique, (c’est-`a-dire il existe SC2un
ouvert de Zariski non vide tel que l’´egalit´e soit vraie pour (u, v)S).
En plus, on a k=r= 0 si et seulement si
J(f, g) = ¯
¯
¯
¯
¯
f
x
f
y
g
x
g
y ¯
¯
¯
¯
¯
=f
x .g
y f
y .g
x = 0,
r´esultat du `a Sakkalis, voir [S], et red´emontr´e ici.
Dans la derni`ere section on donne une nouvelle d´emonstration dans le cas
X=C2du fait classique qu’une application ϕ:XXinjective est forc´ement
un isomorphisme bir´egulier pour toute vari´et´e complexe X, voir [A], [Bo], [BCW]
ainsi que [K] et [Pa] dans le cas r´eel.
Notre d´emonstration `a la diff´erence des autres, est constructive et donne aussi
comme un corollaire un r´esultat surprenant du `a Mckay et Wang qui dit que
l’application r´eciproque ϕ1est essentiellement d´etermin´ee par les polynˆomes
fronti`eres f(x, 0), f(0, y), g(x, 0) et g(0, y) associ´es aux polynˆomes fet g, voir
Corollaire 4.1 et Remarque 4.2. Le rˆole des “ polynˆomes fronti`eres ” qui est assez
myst´erieux dans [MW] est ´eclairci par l’Exemple 4.2 et le Th´eor`eme 4.2, qui est
notre deuxi`eme r´esultat principal.
Dans la section de rappels, Proposition 2.6 et Remarque 2.2 sont probablement
nouvelles et utiles en eux-mˆeme.
Nous avons obtenu des r´esultats similaires dans le cas de npolynˆomes de n
variables, mais ils seront pr´esent´es dans un autre article car ils sont beaucoup
plus techniques.
2 Rappels
On commence avec quelques rappels sur les r´esultants, voir par exemple [BM],
[EM].
Definition 2.1. Soient a(t) = antn+...+a0et b(t) = bmtm+... +b0deux
polynˆomes en la variable tet `a coefficients dans un anneau commutatif R. Le
r´esultant de a(t)et b(t)(que l’on note rest(a, b)) est le eterminant de la matrice
de Sylvester:
221
S(a, b) =
an0bm0
.
.
.....
.
....
a0anb0bm
....
.
.....
.
.
0a00b0
Le r´esultant a les propri´et´es suivantes, (voir [S], page 474).
Proposition 2.1.
(1) Il existe des polynˆomes A(t), B(t)de degr´e n, mrespectivement tel que
n< m ,m< n et:
a(t)A(t) + b(t)B(t) = rest(a, b).
(2) rest(a, b) = 0 si et seulement si a(t)et b(t)ont un facteur commun de degr´e
positif.
(3) rest(a, b.c) = rest(a, b).rest(a, c)pour tout c(t)non nul de R[t].
(4) Soient R=C[y], f(x, y) = anxn+an1(y)xn1+...+a0(y)et g(x, y) =
bmxm+bm1(y)xm1+...+b0(y)tels que (an, bm)(C)2.
Si P(y) = resx(f, g)et y0Cest une racine de P(y),alors il existe x0C
tel que f(x0, y0) = g(x0, y0) = 0.
Definition 2.2. Soit f(x, y)un polynˆome de C[x, y] = C[y][x]de degr´e nen x.
On dit que fest quasi-r´egulier en xsi le coefficient de xnest constant non nul.
On continue avec quelques rappels sur les applications dominantes et le th´eor`eme
de B´ezout affine, voir Proposition 2.4.
Definition 2.3. Soit F:VWun morphisme entre deux vari´et´es alg´ebrique
complexes Vet W. On dit que Fest dominant si l’adh´erence de son image (pour
la topologie de Zariski) est ´egale `a W:F(V) = W.
Si Vet Wsont deux vari´et´es alg´ebrique complexes irr´eductibles et F:VW
est dominant, alors Finduit un morphisme F:C(W)C(V) entre les corps
de fonctions rationelles sur W( resp sur V) : F(h) = hF.
On a le r´esultat suivant.
Proposition 2.2. Soit F:VWun morphisme dominant. Alors on a les
conditions ´equivalentes:
(i) l’extension F:C(W)C(V)est finie.
222
(ii) Le fibre g´en´erique de Fest finie.
(iii) dim V= dim W.
Si une de ces conditions est satisfaite, alors on a [C(V) : C(W)] = #F1(w) pour
tout wdans un ouvert de Zariski dense de W, (voir [M], page 46).
Exemple 2.1. Une application f= (f1,...,fn) : CnCnpolynomiale est
dominante si l’extension de corps C(x) = C(x1,...,xn)de C(f) = C(f1,...,fn)
est finie.
Proposition 2.3. Soit F:VWun morphisme.
(i) Si Vet Wsont irr´eductibles, alors Fdominant Finjectif.
(ii) On suppose Fdominant et Virr´eductible. Alors W
est irr´eductible.
Pour la derni`ere affirmation, voir [P], page 26.
Corollaire 2.1. Soit ϕ:C2C2un morphisme. Alors A=ϕ(C2)est un
ensemble constructible et ¯
Aest un ensemble alg´ebrique irr´eductible.
Proposition 2.4. Soient fet gdeux polynˆomes de C[x, y]non constants et
premiers entre eux. Alors le lieu des z´eros communs `a fet g, V (f)V(g),est
un nombre fini de points distincts A1,...,As,et on a :
X
1js
iAj(f, g) = dimCC[x, y]
(f, g).
Ici iAj(f, g)esigne la multiplicit´e d’intersection de fet gen Aj.
Pour la derni`ere affirmation, voir [BM], page 136.
Proposition 2.5. Soit Mun A-module de type fini sur un anneau principal A.
Il existe une suite d’´el´ements non inversibles (b1,...,br)de A
telle que :
(1) Pour tout i= 1,...,r1, bidivise bi+1.
(2) Mest isomorphe `a A
(b1)...A
(br).
De plus, `a unit´es pr`es, les ´el´ements b1,...,brsont uniques. Nous les appelons
les facteurs invariants de M. Dans ce cas, la suite des id´eaux de Fitting de M
est donn´ee par:
F(0)(M) = (b1···br), F (1)(M) = (b1···br1), . . . , F (r1)(M) = (b1),
F(r)(M) = F(r+1)(M) = ... =A.
223
Pour cette affirmation, voir [BM], page 97 et page 102.
Remarque 2.1. Avec les notations de la Proposition 2.5, Mde torsion si et
seulement si b1.....br6= 0.Dans ce cas, la suite :
0$F(0)(M)$F(1)(M)$..... $F(r)(M) = A
d´etermine les facteurs invariants bj.
Le r´esultat suivant g´en´eralise l´eg´erement la Proposition 2.6 de [BM], page 97,
voir aussi Proposition 5.3 de [EM], page 108.
Proposition 2.6. Soient f=xn+.....+anet g=b0xm+.....+bmdeux polynˆomes
de A[x].Notons ψl’endomorphisme de multiplication par gdans l’anneau quotient
A[x]
(f):
ψ:A[x]
(f)A[x]
(f)
U7−Ug.
Alors :
(1) det(Mψ) = Res(f, g).
(2) Le Amodule A[x]
(f,g)est de pr´esentation finie.
(3) Pour tout j= 1,...,n, l’id´eal de Fitting F(j)(A[x]
(f,g))est engendr´e par les
mineurs d’ordre n+mjde la matrice de Sylvester de fet g.
Remarque 2.2. Soient f, g C[x, y]deux polynˆomes non constants et premiers
entre eux tel que fsoit quasi-r´egulier en x. Le C[y]module M=C[x, y]
(f, g)est de
torsion, car dimCM < +par la Proposition 2.4,et donc Mest compl´etement
d´etermin´e (`a isomorphisme pr`es) par ses facteurs invariants par la Remarque
2.1. Ces facteurs sont calcul´es `a l’aide des id´eaux de Fitting, donc `a partir de la
matrice de Sylvester Sylv(f, g).
3 Le r´esultat principal
Soient uet vdeux ind´etermin´ees. On d´efinit comme dans l’Introduction:
A(x, u, v) = resy(fu, g v) = Ak(u, v)xk+...+A0(u, v)C[x, u, v]
B(y, u, v) = resx(fu, g v) = Br(u, v)yr+...+B0(u, v)C[y, u, v]
Le r´esultat suivant a ´et´e d´emontr´e par Sakkalis [S].
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