Singularit´es quasi-ordinaires toriques et poly`edre de Newton du

Canad. J. Math. Vol. 52 (2), 2000 pp. 348–368
Singularit´
es quasi-ordinaires toriques et
poly`
edre de Newton du discriminant
P. D. G o n z ´
alez P´
erez
Abstract. Nous ´
etudions les polynˆ
omes FC{Sτ}[Y]`
a coefficients dans l’anneau de germes de fonctions
holomorphes au point sp´
ecial d’une vari´
et´
e torique affine. Nous g´
en´
eralisons `
acecaslaparam
´
etrisation
classique des singularit´
es quasi-ordinaires. Cela fait intervenir d’une part une g´
en´
eralization de l’algorithme
de Newton-Puiseux, et d’autre part une relation entre le poly`
edre de Newton du discriminant de Fpar rapport
`
aYet celui de Fau moyen du polytope-fibre de Billera et Sturmfels [3]. Cela nous permet enfin de calculer,
sous des hypoth`
eses de non d´
eg´
en´
erescence, les sommets du poly`
edre de Newton du discriminant a partir de
celui de F, et les coefficients correspondants `
a partir des coefficients des exposants de Fqui sont dans les arˆ
etes
de son poly`
edre de Newton.
1 Introduction
Le sujet de la premi`
ere partie de ce travail est la repr´
esentation des racines Y(X)dune
´
equation polynˆ
ome F(X1,...,Xd;Y)=0pardess
´
eries `
a exposants fractionnaires en
les variables X=(X1,...,Xd). Il s’agit de g´
en´
eraliser le th´
eor`
emedeNewton-Puiseux.
Nous poursuivrons dans une direction inaugur´
ee par McDonald dans [9], et pr´
ecisons ses
r´
esultats.
Notre approche est d’´
etudier d’abord le probl`
eme dans le cas d’un polynˆ
ome F
C{Sτ}[Y], o `
uC{Sτ}est l’anneau des germes des fonctions holomorphes au point sp´
ecial
d’une vari´
et´
e torique affine correspondant `
aunc
ˆ
one rationnel strictement convexe, τ
(Rd),dedimensiond.Nousr
´
esolvons le probleme, lorsque le discriminant YFde Fpar
rapport `
aYest de la forme Xuo`
uest une unit´
edansC{Sτ}et uappartient au semigroupe
Sτ:=τZddes ´
elements de Zdqui appartiennent au cˆ
one dual τ:={wRd/w,u≥
0,uτ}. Ceci est en fait une g´
en´
eralisation de l’´
etude classique des singularit´
es quasi-
ordinaires, qui correspondent au cas o `
uτest le quadrant positif.
La r´
eduction du cas g´
en´
eral `
a ce cas fait appel `
a des constructions combinatoires sur le
poly`
edre de Newton N(F)Rd+1 de F.Laplusimportante,d
´
ej`
autilis
´
ee dans [9] est celle
du poly`
edre-fibre Q(F)Rdde N(F) par rapport `
asaprojectionN(F)Rdsur l’espace
des exposants des monˆ
omes en X.Lespointsextr
ˆ
emes de Q(F) correspondent `
acertains
chemins dans les arˆ
etes de N(F).
Le poly`
edre-fibre est ´
egalement reli´
e au poly`
edre de Newton de Fdu discriminant de F
par rapport `
aY.SiF=a0(X)+···+ar(X)Yr, on a l’inclusion de poly`
edres de Newton
N(YF)+N(a0)+N(ar)Q(F)
(o `
u la somme est la somme de Minkowski), avec l’´
egalit´
esousdeshypoth
`
eses de non-
d´
eg´
en´
erescence des coefficients de Fpar rapport `
aN(F), (th´
eor`
eme 4).
Rec¸u par les ´
editeurs le 18 juin 1998; revis´
ee le 1er novembre, 1999.
Classification (AMS) par sujet: primaire: 14M25; secondaire: 32S25.
c
Soci´
et´
eMath
´
ematique du Canada 2000.
348
Singularit´
es quasi-ordinaires toriques 349
Un c ˆ
one τ(Rd)est compatible avec des poly`
edres P1,...,PsRds’il est constitu´
e
des fonctions lin´
eaires qui prennent toutes leur valeur minimale sur P1,...,Psen des point
fix´
es p1P1,...,psPs.Ond
´
ecrit le r´
esultat principal, le th´
eor`
eme 3, dans le cas o `
u
Fest un polynˆ
ome r´
eduit dans l’anneau C{X}[Y]. Si τ(Rd
+)est un cˆ
one rationnel
strictement convexe de dimension dcompatible avec les poly`
edres N(YF), N(ar)etQ(F),
alors l’homomorphisme C{X}→C{Sτ}´
etendant l’inclusion des alg`
ebres C[Zd
+]C[Sτ]
transforme Fen un polynˆ
ome FτC{Sτ}[Y] dont toutes les racines sont de la forme
Xuε(X)o`
uu1
kZd,ε(X)estuneunit
´
e dans l’anneau C{1
kSτ}et kest un entier positif. La
construction des racines est donn´
ee par un algorithme qui g´
en´
eralise celui du th´
eor`
eme de
Newton-Puiseux (th´
eor`
eme 2), et qui pourrait se d´
evelopper `
a l’aide d’un logiciel de calcul
formel. On peut comparer l’algorithme obtenu avec celui de [2], developp´
epourlecas
quasi-ordinaire.
Nous utilisons ces r´
esultats pour donner une description des sommets du poly`
edre de
Newton du r´
esultant ResY(F,G) des polynˆ
omes F,GC{Sτ}`
a partir des poly`
edres-fibres
Q(F), Q(G)etQ(FG); nous calculons enfin les coefficients des monˆ
omes correspondants
aux sommets du poly´
edre de Newton de a0arYFet de ResY(F,G)sousdeshypoth
`
eses de
non d´
eg´
en´
erescence. Ces coefficients d´
ependent entre autres des r´
esultants des paires de
polynˆ
omes `
a une variable obtenus en-regardant de Fet de Gque les termes donts les expo-
sants appartiennent `
a des paires parall`
eles d’arˆ
etes de N(F)etN(G). On montre un r´
esultat
analogue pour le discriminant. Nous trouvons aussi, avec une m´
ethode tr`
es diff´
erente, des
r´
esultats de mˆ
eme nature que ceux de Gel’fand, Kapranov et Zelevinski dans [6].
2 Param´
etrisation de singularit´
es quasi-ordinaires toriques
2.1 L’alg`
ebre des germes de fonctions holomorphes au point distingu´
e d’une vari´
et´
eto-
rique affine
Soit τun cˆ
one convexe rationnel de dimension ddans (Rd). Cette condition garantit
quelec
ˆ
one dual τ:={wRd/w,u≥0,uτ}est un cˆ
one rationnel stricte-
ment convexe. Pour cette raison, chaque ´
el´
ement de Sτpeut s’exprimer commme somme
d’´
el´
ements du semigroupe Sτd’un nombre fini de mani`
eres. L’ensemble des s´
eries for-
melles `
aexposantsdansSτest un anneau, que nous notons par C[[Sτ]]. La propri´
et´
ede
finitude pr´
ec´
edente permet de garantir que les coefficients de la s´
erie produit sont des fonc-
tions polynomiales des coefficients des facteurs. Ces anneaux sont d´
enisdans[9],pour
construire des racines d’un polynˆ
ome FC[X1,...,Xd][Y], `
alaNewton-Puiseux.
On va donner une interpr´
etation g´
eom´
etrique de ces anneaux au moyen de la vari´
et´
e
torique associ´
ee au cˆ
one τdans le cas o `
uτest un cˆ
one rationnel strictement convexe de
dimension ddans Rd.
Soit N(Rd)un r´
eseau de dimension d,der
´
eseau dual MRd.Lec
ˆ
one τd´
efinit le
semi-groupe de type fini Sτ:=τM.SoitC[Sτ]lalg`
ebre du semi-groupe Sτ`
acoefcients
dans C. Associons `
a(τ,N)lavari
´
et´
etoriqueafneZτ:=Spec C[Sτ]. Chaque point ferm´
e
de Zτest d´
efinit par un homomorphisme de semi-groupes SτC.Lavaleurdelafonction
XuC[Sτ]aupointxest x(u). L’orbite de dimension 0 de la vari´
et´
eZτest le point sp´
ecial
zτd´
efini par l’homomorphisme de semi-groupes SτCqui applique 0 → 1etu→ 0si
u=0 (pour tout ceci, voir [4] ou [10]).
L’anneau des s´
eries convergentes `
aexposantsdansS
τ, que nous notons par C{Sτ},est
350 P. D. Gonz´
alez P´
erez
l’ensemble des s´
eries de C[[Sτ]] qui sont absolument convergentes dans un voisinage du
point sp´
ecial zτde la vari´
et´
etoriqueZτ.Siτest un cˆ
one convexe rationnel de dimension
d,ond
´
efini C{Sτ}=C{Sσ}o`
uσparcourt les c ˆ
ones rationnels strictement convexes de
dimension dcontenus dans τ.
Lemme 1 L’al g`
ebre locale des germes de fonctions holomorphes au point zτde Zτest iso-
morphe `
aC{Sτ}.
Preuve Soient u1,...,usdes g´
en´
erateurs du semi-groupe Sτ. L’homomorphisme
C[U1,...,Us]C[Sτ], d´
efini par Ui→ XuiC[Sτ] est surjectif. Son noyau est un
id´
eal premier I.Cemorphismed
´
efinit un plongement ZτCsde la vari´
et´
etoriqueafne
Zτ:=Spec C[Sτ]d
´
efinie par le cˆ
one τ, et l’image du point distingu´
ezτest l’origine de Cs.
Soit Rl’alg`
ebre des germes fonctions holomorphes dans un voisinage de zτdans Zτ.
Remarquons que l’homomorphisme compos´
eC[U1,...,Us]C[Sτ]C[[Sτ]]
s’´
etend en un homomorphisme χ:C{U1,...,Us}→C[[Sτ]] dont l’image est C{Sτ}.
En effet, l’image du monˆ
ome Uλ,o
`
uλ=(λ1,...,λ
s)Ns,estlemon
ˆ
ome Xu(λ),o
`
u
u(λ)=λiuiSτ. Donc, l’image de φest la s´
erie χ(φ)=uSτ(u(λ)=ucλ)Xu,
qui est bien d´
efinie parce que τest strictement convexe. Supposons que φest absolument
convergente au point x=(x
1,...,x
s) correspondant au point xZτpar le plonge-
ment torique ZτCs.LavaleurdelafonctionXuC[Sτ]aupointduZτ,ned
´
epend
pas de l’immersion, donc si u=u(λ), on a x(u)=xλet la s´
erie χ(φ) est absolu-
ment convergente au point x.Ceciimpliquequelas
´
erie χ(φ)C[[Sτ]] est conver-
gente. Avec un raisonnement analogue, on peut montrer que l’homomorphisme d’alg`
ebres
χ:C{U1,...,Us}→C{Sτ}est surjectif.
Par ailleurs, on a montr´
e aussi que χ(φ) est une fonction holomorphe dans un voisinage
de zτdans Zτ,d
´
efinissant un unique ´
el´
ement de R. Clairement, tous les ´
el´
ements de Rsont
obtenus de cette forme. Si la fonction χ(φ) est nulle dans un voisinage de zτdans Zτ,la
s´
erie φest dans l’ideal engendr´
eparIdans C{U1,...,Us}donc χ(φ)=0.
Comme cons´
equencedecelemme,ond
´
eduit que l’anneau C{Sτ}est noeth´
erien et
int´
egralement clos parce que Zτest une vari´
et´
e normale (voir [7, Section 71]).
2.2 Extensions galoisiennes
Soit kZun entier positif fix´
e. Consid´
erons les r´
eseaux N=kN N.Leursr
´
eseaux
duaux respectifs sont M=1
kMM.Unc
ˆ
one τstrictement convexe dans (Rd)est
rationnel pour les deux r´
eseaux en mˆ
eme temps. Nous notons Zτ(resp. Z
τ)lavari
´
et´
e
torique associ´
ee `
a(τ,N)(resp. `
a(τ,N)). Le semi-groupe associ´
e`
a(τ,N)estS
τ:=1
kSτ
M. L’homomorphisme de semi-groupes MSτS
τMd´
efinit un morphisme
torique fk:Z
τZτ. L’image du point distingu´
edeZ
τest le point distingu´
eduZτ,doncon
obtient un morphisme de germes irr´
eductibles (Z
τ,z
τ)(Zτ,zτ). En utilisant le lemme 1
on v´
erifie que l’homomorphisme des alg`
ebres int`
egres associ´
ees est C{Sτ}C{S
τ}.
L’homomorphisme des semi-groupes MMd´
efinit le morphisme fk:TTob-
tenu en restreignant fkaux tores respectifs de Z
τet Zτ.Onpeutv
´
erifier directement que
Singularit´
es quasi-ordinaires toriques 351
le noyau de ce morphisme fk|T, comme morphisme de groupes alg´
ebriques, est le sous-
groupe fini Hde T,form
´
edes´
el´
ements (w1,...,wd)telsquewk
i=1, pour i=1,...,d.
Ce morphisme est un revˆ
etement galoisien `
akdfeuilles de la vari´
et´
eT,parcequelegroupe
Hagit transitivement sur les fibres. Donc on a une extension galoisienne des corps des
fonctions rationnelles C(T)C(T). On va montrer qu’on a une situation analogue pour
les corps des fonctions m´
eromorphes aux points distingu´
es des vari´
et´
es toriques corres-
pondantes.
Soit L(resp. L) le corps des fractions de C{Sτ},(resp.deC{S
τ}). L’homomorphisme
C{Sτ}C{S
τ}d´
efinit une extension de corps LL.
Lemme 2 L’ex te nsi on de c or ps L Lest galoisienne. Soit G son groupe de Galois. L’action
de H sur les monˆ
omes d´
efinit un ´
epimorphisme de groupes H Getlensembledes´
el´
ements
G-invariants de l’anneau C{S
τ}est C{Sτ}.
Preuve Clairement, LLest une extension normale finie. `
AchaquewHest associ´
e
l’homomorphisme d’alg`
ebres C{S
τ}→C{S
τ}qui applique Xu
k→ w(u)Xu
k.Celad
´
efinit
un homomorphisme de groupes HG.
Remarquons que Xu
k→ w(u)Xu
kd´
efinit l’action de l’´
el´
ement wHsur un monˆ
ome
de C[S
τ]. Le corollaire 1.16 de [10] garantit que le morphisme Z
τZτco¨
ıncide avec la
projection du quotient de Zτpar rapport `
alactiondugroupeH.Cest-
`
a-dire que C[Sτ]
est l’ensemble des ´
el´
ements invariants de l’alg`
ebre C[S
τ] par l’action de H.
Si Hest l’image de Hdans Gon a montr´
e que le sous-corps fixe de Lpar Hco¨
ıncide
avec L,donc(L)GL,cest-
`
a-dire que LLest une extension galoisienne et donc
H=G.
2.3 Param´
etrisation de singularit´
es quasi-ordinaires toriques
Supposons que FC{X1,...,Xd}[Y] est un polynˆ
ome r´
eduit tel que 0 Cest une racine
de multiplicit´
er1 du polynˆ
ome F(0,Y) et que le discriminant de Fsoit de la forme
Xqεo`
uεest une unit´
edeC{X1,...,Xd}.Dapr
`
es le th´
eor`
eme de pr´
eparation de Weiers-
trass, il existe un pseudo-polynˆ
ome `
a la Weierstrass Hde degr´
eren Y,etuneunit
´
edans
C{X1,...,Xd,Y}tels que F=H.Pard
´
efinition, la projection du germe (X,0) Cd×C
d´
efini par le polynˆ
ome HC{X1,...,Xd}[Y]sur(Cd,0) est quasi-ordinaire. D’apr`
es
[1,Theorem3],ilexistekNtel que Hait ses rracines dans l’anneau C{X1/k
1,...,X1/k
d}.
On va g´
en´
eraliser la construction de racines associ´
ees `
a une projection quasi-ordinaire,
au cas o `
ulegerme(
Cd,0) est remplac´
eparungermedevari
´
et´
etoriqueafne(Zτ,zτ)au
point distingu´
e.
Th´
eor`
eme 1 Pour tout polynˆ
ome F C{Sτ}[Y]r´
eduit tel que le discriminant de F soit
de la forme Xu0ε,o
`
uεest une unit´
e dans l’anneau C{Sτ}et que 0Csoit une racine de
multiplicit´
er 1du polynˆ
ome F(zτ,Y)il existe k Ntel que F ait r racines sans terme
constant dans l’anneau C{1
kSτ}.
Preuve Nous fixons un nombre fini de g´
en´
erateurs du semi-groupe Sτ. Cela permet de
d´
efinir un plongement de la vari´
et´
etoriqueafneZτCs. Il lui est associ´
eun´
epimor-
352 P. D. Gonz´
alez P´
erez
phisme d’alg`
ebres χ:C{U1,...,Us}→C{Sτ}(voir le lemme 1). Consid´
erons un po-
lynˆ
ome GC{U1,...,Us}[Y]telqueGχ=F.OnaG(0,Y)=F(zτ,Y). D’apr`
es le
th´
eor`
eme de pr´
eparation de Weierstrass il existe un pseudo-polynˆ
ome `
alaWeierstrassH
de degr´
eren Y,etuneunit
´
eεdans C{U1,...,Us,Y}tels que G=εH. Clairement, les
germes d´
efinis au point (zτ,0) par Fet par Hχco¨
ıncident. Donc, on peut supposer que F
est un polynˆ
ome r´
eduit de degr´
ertel que F(zτ,Y)=Yr.
Soit Lle corps de fractions de l’anneau int´
egre C{Sτ}.LesfacteursFide la factorisa-
tion de Fen polynˆ
omes irr´
eductibles dans L[Y]sontdansC{Sτ}[Y] parce que, d’apr`
es le
lemme 1, l’anneau C{Sτ}est int´
egralement clos et le coefficient de Yrest une unit´
e(voir
[11, th´
eor`
eme 5, section 3, chap. V]). De plus, le discriminant de Fidivise le discriminant
de Fdonc YFiest de la forme Xuo`
uC{Sτ}est une unit´
e. On peut donc supposer
que Fest irr´
eductible, engendrant un ideal premier (F)dansC{Sτ}[Y]. Consid´
erons le
germe de vari´
et´
eanalytiqueirr
´
eductible (X,x)(Zτ×C,x)aupointxcorrespondant `
a
l’alg`
ebre int`
egre R=C{Sτ}[Y]/(F).
Soit (X,x)(Zτ,zτ) la projection des germes, et choisissons un repr´
esentant fini
π:XZτtel que π1(zτ)={x}.Lhypoth
`
ese sur le discriminant implique qu’il existe
un voisinage Wdu point zτdans Zτtel que πest non ramifi´
esurW:=WT.Par
continuit´
e, comme π1(zτ)={x}, on peut supposer que π1(W) est un sous-ensemble
relativement compact de Cs+1.
Comme πest un morphisme fini, l’intersection de l’image inverse du lieu discriminant
de πavec Xest une sous-vari´
et´
eanalytiqueferm
´
ee propre de X.Soncompl
´
ementaire est
un ouvert XX, connexe parce que Xest analytiquement irr´
eductible. Ceci montre que
π:XWest un revˆ
etement connexe `
arfeuillets.
On peut supposer que l’ouvert Wdu tore Test W=(D)do`
uD=D(0,1) \{0}⊂
C.SoitJle sous-groupe du groupe fondamental π1(W,w)
=Zdassoci´
eaurev
ˆ
etement
π:XW. Puisque Jest d’indice fini, il existe kNtel que kZdJ.Lerev
ˆ
etement
fk:WW,d
´
efini par x→ (xk
1,...,xk
d), est associ´
e au sous-groupe kZddu Zd.Donc,il
existe un revˆ
etement p:WXtel que πp=fk, (voir [5, chap. 13]).
Clairement, pest holomorphe, et born´
edanslecompl
´
ementaire dans Wd’un ensemble
analytique ferm´
e, c’est-`
a-dire que pest une fonction faiblement holomorphe dans W.
Comme WZτest une vari´
et´
e normale, toute fonction faiblement holomorphe est ho-
lomorphe, (voir [7, Section 71]). Donc, ps’´
etend en un morphisme WX.Lafonc-
tion holomorphe πpco¨
ıncide sur Wavec le morphisme torique fk:Z
τZτ(o `
uon
consid`
ere WZ
τet aussi WZτ). Donc, elle est ´
egale `
alarestrictiondumorphisme
fk`
aW. Nous remarquons que p(z
τ)=xparce que fk(z
τ)=zτet π1(zτ)={x}.
En utilisant le lemme 1, on voit que l’homomorphisme d’alg`
ebres int`
egres associ´
eau
morphisme fkaux points distingu´
es est C{Sτ}→C{S
τ}.Consid
´
erons le monomorphisme
d’alg`
ebres RC{S
τ}correspondant au morphisme de germes p:(W,z
τ)(X,x).
L’alg `
ebre Rest une sous-C{Sτ}-alg`
ebre de C{S
τ}parce que πp=fk. Nous avons donc
un diagramme:
R−−−C{S
τ}
C{Sτ}
Soit L(resp. K,L) le corps des fractions de C{Sτ},(resp.deR,C{S
τ}). Par construction,
1 / 21 100%

Singularit´es quasi-ordinaires toriques et poly`edre de Newton du

La catégorie de ce document est-elle correcte?
Merci pour votre participation!

Faire une suggestion

Avez-vous trouvé des erreurs dans linterface ou les textes ? Ou savez-vous comment améliorer linterface utilisateur de StudyLib ? Nhésitez pas à envoyer vos suggestions. Cest très important pour nous !