Séminaire Claude Chevalley C. S. S ESHADRI Diviseurs en géométrie algébrique Séminaire Claude Chevalley, tome 4 (1958-1959), exp. no 4, p. 1-9 <http://www.numdam.org/item?id=SCC_1958-1959__4__A4_0> © Séminaire Claude Chevalley (Secrétariat mathématique, Paris), 1958-1959, tous droits réservés. L’accès aux archives de la collection « Séminaire Claude Chevalley » implique l’accord avec les conditions générales d’utilisation (http://www.numdam.org/legal.php). Toute utilisation commerciale ou impression systématique est constitutive d’une infraction pénale. Toute copie ou impression de ce fichier doit contenir la présente mention de copyright. Article numérisé dans le cadre du programme Numérisation de documents anciens mathématiques http://www.numdam.org/ Séminaire C. CHEVALLEY 4-01 S., 1958/59 E. N. DIVISEURS EN GÉOMETRIE ALGÉBRIQUE C. S. SESHADRI première partie de cet exposée on: va démontrer un théorème de SERRE sur les variétés complètes [6 J, suivant la méthode d6 GROTHENDIECK [4 ]. La seconde partie est consacrée aux généralités sur les diviseurs. Dans la littérature, on appelle souvent les diviseurs étudiés ici diviseurs localement principaux. Dans la Les espaces algébriques considérés ment clos. Par variété ici sont définis sur un algébrique- K corps algébrique irréductible. Si X est un espace algébrique on note 0(X) ~ R(X) , etc. (ou simplement 0 ~ R etc.) les faisceaux d’anneaux locaux, de fonctions régulières etc. sur X (pour définir R(X) on suppose que X est une variété). Par faisceau cohérent sur X on entend M appelle que est = espace 0-modules sur X . [4J, [ 5 ] , [ 6 ] . nodule un un sur un anneau intègre A (commutatif élément m ~ 1/1 , un a.m entend faisceau cohérent de un 1. Préliminaires Si on 0 . On appelle (resp. (resp. si M ~ module de torsion M, 1’1 non-nul de M n’est élément de élément de torsion un torsion). ann torsion. Si M A de M cst ( idéal de un sans 0 et si M ~ 0, M/T(M) type fini sur A , il formé par les éléments a ~ A élément 1"1 forment est un module l’idéal que tels tel si chaque aucun si module de torsion de 1 ) on a ~0 torsion), Les éléments de torsion de le sous-module de torsion de sans av6c s’il existe élément de est et a 11 = 0) est non-nul. Soient X un espace algébrique F et un faisceau de 0-modules sur X . On fi l’ensemble des points x ~ X tels que 0 . Si F est cohérent, supp F est une partie fermée de X . D’ailleurs, si X est affine, supp F est l’ensemble défini par l’idéal ann F) de l’algèbre affine appelle H~(X ~ 0) , H~(X ~ Un faisceau (resp. 0 est x F faisceau un de san s F) étant considéré 0-modules torsion) module de torsion si sur une pour (resp. un comme un module variété X chaque module sans 0) . sur est dit faisceau de torsion le module F sur l’anneau torsion). 4-02 PROPOSITION F est un faisceau cohérent 1 . - Si T(F) sous-faisceau cohérent un " (6t F de - L’unicité est triviale. L’existence est T(F) affine~ rapport H (X , 0) qui Si F -/; 0 , F/11(l") COROLLAIRE. - PROPOSITION 2 e - Si si et seulement si F une F est est conséquence est PROPOSITION 3. - X , F un (H~(X ~ T F)) X est par x. faisceau cohérent sans la variété sur U triviale du fait que si F) ann torsion. X, F ~ supp X un ouvert affine~ 0) de faisceau cohérent un faisceau cohérent un est F) où 0) . est il existe du fait que, si o faisceau de torsion. un F Si définit faisceau cohérent un supp F ~ U est défini par l’idéal est considéré comité un module sur . conséquence une il existe X, (T(F)) x = T(F x) tsl que 20142014~~20142014. est obtenu par localisation du nodule à l’idéal maximal de C’est seul) un variété sur une torsion sans sur une 1 ~ l /:. 0 , d’idéaux variété de 0, tel que i do 0 0 . Si on I.F Soit l tels que prend l’idéal x i un F n F C 0, . Comme U ouvert affine [Ho(U , f) : maximal de H (U , 0) qui d’idéaux de Soit F un F ~F 1.e . l’idéal des éléments est de X , on définit type fini vérifie que 110 (U , de x . Donc par x &#x26;0 R torsion sans est sur une injectif. Les R avec un identifie le corps d33 fonctions rationnelles est constant). F comme un appelle cette dimension sous-faisceau de PROPOSITION 4. - Sous les un de faisceau cohérent F ; On/I.F et faisceau cohérent un variété ([ 5 ] X . Alors l’homomorR page F ~0 R 229). On peut et espace vectoriel de dimension finie (on On est E.X à l’idéal rapport faisceaux des faisceaux localement constants et donc constants ainsi identifier x est obtenu par localisation 1 0) {IX} 0x , Ix ~ 0 sur x I.F faisceau cohérent phisme canonique x F)] tel que 0 0 de F de de l’idéal 1 ] n = rang de rang hypothèses le faisceau avec F et alors on R comme R peut considérer F . que dans la d’idéaux / 0 de 0 tel que F/I.F sont alors des faisceaux de proposition 3. il l La démonstration est immédiate. R sur sont existe rang torsion. 4-03 Si . Y est partie fermée une 0 cohérent d’idéaux de un faisceau cohérent 1~ que F X X ~ sur note l6 faisceau L. une partie fermée d’un C.Y ; alors il existe supp F avec F algébrique espace un tel k entier 0 . = On est ramené de Y on Y . défini par PROPOSITION 5. - Soient algébrique X ~ d’un espace X où au cas est affine, pui.squ ’ il par des ouverts affines. Dans H (X , F) ann H (X , F) défini par l’idéal est ann est bien connu, que ce existe un recouvrement fini l’hypothèse implique que l’ensemble contenu dans Y . Ceci entraîne, comme il cas Oly . PROPOSITION 6, - Soit F un faisceau cohérent d’idéaux fractionnaires sur une variété X (i.e. un sous-faisceau cohérent do R) tel que, pour chaque x en dehors d’un fermé Y de X ~ Fx soit un idéal de 0 . Alors il existe un ~ ’ ""2014201420142014’ Par la 0 de proposition 3, la I" implique 2, proposition ~-J l’hypothèse et J =6, tel que d’après kT*** tel que k entier si 5~ tel que k entier donc a I~F~0. et donc Iy supp (0/J) d’id.éaux J (0/J) = CY et~ 0 . Ceci Théorème de dévissage. C Soient On dit que 1~ tout catégorie abélienne et G’ une sous-catégorie d’objets C~ est exacte a gauche en G si une dans d’un. sous-objet C’pourvu Soit X objet un (en sur C~ de C . A est est 0 -~-A’ -~-A 2014~A" -~0 C que les deux autres sont dans algébrique. espace faisceaux cohérents cohérent de " 2~ pour tout3 suite exacte X un faisceau cohérent un J.F CO . On et x~:Y~ il existe il existe sur possède Y mettant 0 sous-ca.tégorie de en une qui définis ent un-peu que désigne Y est extension dehors de C(X) . -2014( )* Les plus forts X . Si On Avec Y) ces &#x3E;;’1- . , catégorie abélienne partie fermée de X ~ un faisceau on notations une C ~ l’objet (1). par C (X) canonique et donc ici -.’ ux une dans comme peut on a la faisceau cohérent [4] sur considérer C (Y) comme le théorème suivant : sous-catégorie exacte des à gauche sont une 4-04 , B THEOREME de dévissage. - Soit D une .sous--catégorie exacte à gauche de O(X) qui possèd6 la propriété suivante : pour tout partie fermée irréductible Y de X , il existe un faisceau cohérent Ny de C(Y) qui appartient à D et qui est sans torison La démonstration X réduit à se X sur un 6n se tant que faisceau fait par nombre fini de s’identifie avec un sur récurrence points système. espace vectoriel de dimension finie i on a D la dimension de sur P , i i ÎI. i ’i &#x3E; , Y . Alors ’"’ , P et un C (X) . = 0, faisceau cohérent 1 ~ ... ~ N. Mp4 sur din X X. Si r , où K . Donc le faisceau = = est sur un Pi qu’on donne par hypothèse est un espace vectoriel de dimension finie sur K . Diaprés les axiomes d’une sous-catégorie exacte à gauche, il est trivial de vérifier -i que chaque système 1 , .1. , r , où Ni est un espace vectoriel de dimension finie sur K , considéré corme faisceau cohérent sur X , appartient se = à D . Supposons din X = maintenant le théorème démontré pour toute dimension ~ Soit Y une partie fermée de X telle que din n . vérifie facilement que D C(Y) ~ hypothèses satisfaisant c.ux est du n - sous-catégorie exacte à gauche théorème. Donc, par l’hypothèse de une 1 . Soit de DOC(Y) . récurrence démontrer maintenant que si F est un faisceau cohérent sur X avec et par ce qui précède Supp F = Y , F E D . Si 1 .F == 0 , on a F D . En tout cas, en vertu de la proposition 5, il existe un entier k ~ 1 , F = 0 . On fait la démonstration par récurrence sur k . Supposons tel que On va ’ ly l’assertion démontrée pour chaque faisceau cohérent = 0 . Pour F on a une suite exacte Le faisceau Donc Iy.F est Iy.F et Supposons que X G sur X tel que I" annulé par et le faisceau est annulé par appartiennent à D. Ceci entraine que F E D . soit une variété et F un faisceau sans torsion sur n = rang peut considérer F comme un sous-faisceau cohérent de en vertu de la proposition 4, il existe un faisceau cohérent d’idéaux que I.F et que les faisceaux F et l tel soient des faisceaux de torsion, F/IF ~ D ; donc F ~. D D . De façon analogue, IF 6 D est équivalent à on ~ D et, chômes d’une sous-catégirue exacte, à 0 ~ D . Donc F ~LD est torsion. Comme équivaut à diaprés les X . On (F/IF) est un faisceau de 4-05 équivalent qu’on répète le même argument pour le faisceau sans torsion hypothèse, on en déduit 0 ED et ceci implique F E D . 0 E D . Si à donne par se on soi t- un6 variété nais que F Supposons encore que X arbitraire. On démontre que T(F) où la est proposition 2 , T(F) T(F) e D , et Soient X T(X) . F/T(F) On X a algébrique espace est F/T(F) faisceau avec un " arbitraire et faisceau cohérent un sur la variété G == déterminé par f:. F quent l’image On et par à de 03C6 appartient D. On on a torsion. Par sans à eUX. un Donc F e D . ... , X ses composantes peut être est le faisceau d’idéaux de F/L, D . Donc le faisceau homomorphisme canonique a un sous-faisceau cohérent de G, par consé- D . n X. et par de récurrence l’hypothèse et alors i qui précède ce est de 03C6 supp ker BP a et par appartient F ~ G . f: i Xi) cohérent faisceau X, sur (l X. . 8{X) 0 faisceau un un Gt, comme X est urne variété, alors, diaprés l’hypothèse de récurrence, vient de. démontrer que on irréductibles. Si F identifie T(F ) / dupp din un peut supposer F ~ faisceau de torison et un dira supp F 6 D . On soit conséquent D . Donc F X din supp ker théorème est et le dénontré. (Théorème COROLLAIRE de algébrique complet X , finie On Serre). - Si F F) alors D prend pour F) la catégorie de tous les faisceaux cohérents soit de dimension finie O(Y) 0(Y)) ~ cohérent de 0 (y) faisceau cohérent sur un espace est un espace vectoriel de dimension K à sur K Y est et par (on désigne X) . D’après un faisceau conséquent le on une théorème, variété torsion sans H"(X , par le K . On vérifie que sur sous-catégerie exacte à gauche en C(X) . partie fermée irréductible, alors Y est sur un K. sur que finie est 0(Y)) symbole F D X tels est une sait que si Y complète. Donc 16 avec la propriété est une faisceau est de dimension = 0(Y) ~ sur l’extension le corollaire est démontrée canonique 4-06 (Généralités). 3 . Diviseurs X Soient té une le faisceau constant respectivement nulles et le faisceau R* faisceaux algébrique 0* , et X sur R* (X) , 0 (X) et X sur R* , 0*) (ou sinplenent des fonctions rationnelles et non- régulières et inversibles. Les structure multiplicative, sont des des fonctions munis de leur faisceaux des groupes abéliens. D Un diviseur X sur est de R* une fonction de définition de qui est D en fonction de définition de appelée f est un représentant d6 D(x) , régulière et inversible près dans est R*/O* localement à donnée suivante : Ui une fonction Uk 0 et régulière corme dans U. U. par des permet chaque pour une éR* x ~U fonction section de une et des fonctions U ~ fki = 1 dans de construire un espace comme équivalence près [7J . D’ailleurs faisceaux cohérents d’idéaux fractionnaires (i.6. les sous-faisceaux cohérents m coïncident dans R) engendrés par f. 1 E:,t U. et n6 dépendent pas voir que cet espace fibre est déterminé à de ouverts, telles que dans c’est bien connu, cela f fonction est déterminé par la diviseurD et fibré localement trivial avec K* les relever Un élément appelé est si, est déterminée à Puisqu’on peut un U ouvert un f et alors dans f. rationnelles non-nulles soit D R* , recouvrement {Ui} un D(x) de D en x Plus générralement, une x . section de une R*/0* . quotient de la valeur représentant un section du faisceau une . f. du choix des fonctions de définition de fractionnaires localement vraie et cela D détermine canoniquement D que le diviseur une permet une principaux. On dans un U. et entraîne ù.. faisceau cohérent d’idéaux voit facilement que la définition équivalent6 d’un diviseur réciproque [1] . est dit positif si pour chaque x toutes les fonctions de définition de D 6n x sont des fonctions D Un diviseur sur X (1.6. en x). R*/0* est régulières faisceau de groupes abéliens sur X , il y a une structure canonique de groupe abélien dans l’ensemble des diviseurs sur X ; ce groupe est appelé groupe des diviseurs sur X. La loi de composition dans ce groupe Comme est écrite div f f un additiveuent, diviseur nul Si est est et l’élément neutre dans ce groupe est donc appelé (0) . une fonction rationnelle non-nulle par la donnée (div f) (x) = image de f sur dana X , elle définit R* /0; . un diviseur 1Gs diviseurs 4-07 obtenus de cette façon sont dits diviseurs principaux et forment un sous-groupe du groupe des diviseurs sur X ; le groupe quotient est appelé groupe des classes des diviseurs sur X 0 Deux diviseurs et sont dits équivalents, s’ils sont équivalents module le groupe des diviseurs principaux ; on écrit On a D~ D~ . qu’un diviseur définit à vu ment trivial D2 une équivalence près un espace fibre algébrique locale- K* . groupe structural D’autre part il est facile de voir qu’un espace fibre algébrique localement trivial avec K* comme groupe structural définit un diviseur à une équivalence près [7] . Donc 16 groupe des classes des diviseurs sur X = groupe des classes d’espaces fibres algébriques avec O*) , équivalents avec peut définir On comme K* de groupe structural. comme façon analogue un R/0 (les section du faisceau diviseur additif diviseurs définis sur une variété auparavant X appelés sont multiplicatifs ou simplement diviseurs)$ Les diviseurs additifs un groupe abélien 6t même un espace vectoriel sur K . Un diviseur diviseurs forment additif est déterminé par la donnée suivante : des ouverts, et des fonctions rationnelles un f. fi - fi comme = pour f.. les soit fonction une diviseurs régulière (multiplicatifs) additif, d’équive entre 0) le groupe exemple d’un diviseur trouve par sur = D de X par telles que U. J. peut définir, Ude .On fonction de définition dans les notions deux diviseurs additifs, 6tC. On des classes des diviseurs additifs points i.6. chaque ou (multiplicatif) sur X . On appelle supp D l’ensemble tels que D(x) ne soit l’élément neutre dans R* /0* diviseur un des ~ X x fonction de définition de bien y D en partie fermée ~ X ~ X points 0 tienne à définition g ou bien n’est pas définie sur une variété X, D = 0 si et seulement si le support La dernière assertion est triviale. Pour la des x , en prend la valeur 0 . PROPOSITION 7e - L6 support d’un diviseur E dans i.. U} X . Soit x , recouvrement est un de D D première X est une est vide. démontre que l’ensemble tels que chaque fonction de définition de D en x appar- ouvert en non-vide ; x , elle en effet si est aussi une on on prend une fonction de fonction de définition de D g est régulière qui contient x. Par hypothèse si x x et en 0 , 6t on. peut choisir U de telle sort6 que g soit régulière et inversible dans U ~ ce qui montre que E est un ouvert . dans un ouvert U 4-08 PROPOS ITION 8. - S i est est f est pas définie (i.6. fonction une f(x) = dans un 0153 0). Donc, ou nulles de f prend on U et une on vari.été de on f pour sait que X , supp D codimension 1). sait que si f pôles n’est ou de zéros de f points x ~ Y où fonction de définition de une est la réunion des variétés supp D dans à Y , de la fermeture de l’ensemble des si U ouvert sous-variétés fermées dE ds appartient x cn normale sur un6 variété nommale sur une composante irréductible une diviseur un réunion une Si D D et polaires variétés sont de codinension 1 ces chapitre REMARQUE. - Si X n’est pas le n’est pas nécessairement de variété affine X 1 . Il est D d’un diviseur support 6n X sur effet facile de définir une ’&#x3E; 1 de dimension qui est partout normale sauf 6n un point le lieu du point (a ~ «i,b , dans l’espace unique x 0 numérique à 4 dimensions). Il existe une fonction u qui est partout définie sur nais qui n’est pas contenue dans de x X , qui est entière sur cet anneau ; lui ajoutant au besoin une constnnte, on peut supposer que xo n’6st b ~ b3 ~ un pas zéro de Il y u. a alors ouvert un diviseur de la fonction induite par u X’ sur ait X’ son de tel que 16 x support réduit au point x . o S Supposons que X soit une variété f est une hypersurface sur X . Si l’ordre de On (ordS est ([ 2 J) S sur S un D).S cycle D . Si S où PROPOSITION 9. - Soit injectif lc X un diviseur sur fonction de définition de on 1, une du groupe des de toutes les ordS en x ~ D = 0 hypersurfaces qu’on appelle cycle associé variété sur. D S . si prend maintenant la combinaison formelle codimension 1 cycle X . Soit ni de f pas du choix de nE&#x3E; parcourt de codimension chaque diviseur D , uno D D . Il est facile de voir que not6r cet entier par peut et seulement si C f et X dans au diviseur de X, D . L’application qui associE à associé à D , est un homomorphisme groupe des cyclES do codimen- sion 1. La démonstration est triviale. PROPOSITION 10. - Si X est qui associe à chaque diviseur en plus une variété non singulière, son cycle associé est bijectif. l’homomorphisme 4-09 Il suffit de montrer cycle . À.3 tel que 16 D, singulière, S, Donc il existe x . 16 chaque pour chaque pour pour toute verts Ui de X un x il ~ X , l’anneau local eat défini BU.B , recouvrement en est dehors d6 S d.a,ns fonction une le recouvrement {Ui} U, 1 = 0 , est facile de voir que 16 diviseur D D la est proposition Le singulière. par. x = Z = 0 dans avec est U. proposition exemple pour n’6St le où ... , D 16 cône X est non- factoriel [3] ; donc ordS f. 1 Uo = = 1 . Il en résulte que U. ~ U.. Prenons maintenant . i C S 1 . Il 6t posons lequel fi 6St une fonction d6 le cycle associé à D soit 1 .S . Donc pour que nt6st pas diviseur équation dans un voisinage dG 1 , ... , p de S par des ouet régulière dans et invsrsible dans , définition do i = i, T]. 1. ri est 0x un seule une par 6t pour non-nulle hypersurface S, il existe à D . Puisque toujours vraie 0 xy - zw = si dans X n’6st K4 , le non- cycle défini diviseur. Cycle BIBLIOGRAPHIE [1] [2] CARTIER (Thèse (Pierre). - Diviseurs et dérivations en géométrie algébrique 1958) ; à paraître dans Bull. Soc. math. France. Sc. math. Paris. CHEVALLEY (Claude). - Fondements de la Géométrie algébrique. - Paris, mathématique, 1958, multigraphié (Cours professé à la Secrétariat Sorbonne en 1957/58). [3] GODEMENT (Roger). - Propriétésanalytiques des localités, Séminaire CartanChevalley, t. 8, 1955/56, Géométrie algébrique, exposé n° 19. [4] GROTHENDIECK (Alexandre). - Sur les faisceaux algébriques et les faisceaux analytiques cohérents, Séminaire H. Cartan, questions de topologie, exposé n° 2. 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