Théorie de Hodge II
Note d’exposés donnés dans le cadre d’un groupe de lecture de doctorant.e.s autour de la thèse de Deligne.
Esposé de Rufus Lawrence
Suites spectrales et lemme des deux filtrations, partie 2
Lemme des deux filtrations, suite
On rappelle la situation : on se donne $\mathscr{A}$ une catégorie abélienne, $K^\bullet$ un complexe différentiel d’objets de $\mathscr{A}$, muni d’une filtration $F$, compatible avec la différentielle.
Alors $F$ induit une suite spectrale $E^{p,q}_r = E^{p,q}_r ( K , F )$ : on a défini des cycles
\[Z_r^{p,q} = \ker ( d : F^p ( K^{\textcolor{red}{p+q}} ) \to K^{\textcolor{red}{p+q}+1} / F^{p+r} ( K^{\textcolor{red}{p+q}+1} ) )\]et des bords $B_r^{p,q}$ tel que
\[K^{\textcolor{red}{p+q}} / B^{p,q}_r \simeq \mathop{\mathrm{\mathrm{coker}}}( d : F^{p-q+1} ( K ^{\textcolor{red}{p+q}-1} ) \to K^{\textcolor{red}{p+q}} / F^{p+1} ( K^{\textcolor{red}{p+q}} ) )\]de sorte que
\begin{equation} E_r^{p,q} = \mathop{\mathrm{\mathrm{Im}}}( Z_r^{p,q} \to K^{\textcolor{red}{p+q}} /B_r^{p,q} ) = Z_r^{p,q} / (B_r^{p,q} \cap Z_r^{p,q} ) \label{def:page-def-1} \end{equation}
\begin{equation} E_r^{p,q} = \ker ( K^{\textcolor{red}{p+q}} / B^{p,q}_r \to K^{\textcolor{red}{p+q}} / ( Z_r^{p,q} + B_r^{p,q} ) ) . \label{def:page-def-2} \end{equation}
On a de plus
\begin{equation} E_{r+1}^{p,q} = H ( E_r^{p-r,q+r-1} \to E_r^{p,q} \to E^{p+r,q-r+1}_r ) . \label{equation:page-comme-groupe-de-cohomologie} \end{equation}
Filtration décalée
Soit \(( K,F )\) un complexe filtré. Le complexe décalé \(\mathop{\mathrm{\mathrm{Dec}}}( K )\) est le complexe \(K\) muni de la filtration
\[\mathop{\mathrm{\mathrm{Dec}}}( F ) ^p K^n = Z_1^{p+n , - p }\]C’est bien une filtration, puisque
\[Z^{p+n +1 , - p}_1 \subseteq F^{p+1+n} ( K^n ) \subseteq B_1^{p+n , - p} \subseteq Z_1^{p+n+1, -p}\]et on a un morphisme
\[Z_1^{p+n, -p} / Z_1^{p+n+1, - p - 1 } \longrightarrow Z_1^{p+n, -p} / B_1^{p+1, - p }\]ce qui fournit
\[u : E_0^{p,n-p} ( \mathop{\mathrm{\mathrm{Dec}}}( K ) ) \longrightarrow E_1^{p+n,-p} ( K ).\]Définition 16. Un morphisme $f : ( K , F ) \to ( K ‘ , F ‘ )$ est un quasi-isomorphisme filtré si $\mathop{\mathrm{\mathrm{Gr}}}( f )$ est un quasi-isomorphisme.
Un morphisme $f : ( K , F , W ) \to ( K ‘ , F ‘ , W ‘ )$ est un quasi-isomorphisme filtré si $\mathop{\mathrm{\mathrm{Gr}}}_W \mathop{\mathrm{\mathrm{Gr}}}_F ( f )$ est un quasi-isomorphisme.
Proposition 17. On a les faits suivants.
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$u$ est un morphisme de complexes gradués.
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$u$ est un quasi-isomorphisme filtré.
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$u$ induite de proche en proche des isomomorphismes \(E_r ( \mathop{\mathrm{\mathrm{Dec}}}( K ) ) \simeq E_{r+1} ( K ) .\)
Deux filtrations
On se donne $( K , F , W )$ un complexe doublement filtré, et on considère $E^{p,q}_r = E_r^{p,q} ( K , W )$. Dans ce cas, $F$ induit des filtrations sur les $E_r^{p,q}$.
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En effet, \eqref{def:page-def-1} identifie $E_r^{p,q}$ à un quotient d’un sous-objet de $K^{p+q}$. De cette façon, $F$ induit une filtration $F_d$ sur $E_r^{p,q}$, la première filtration directe.
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Ensuite, \eqref{def:page-def-2} identifie $E_r^{p,q}$ à un sous-objet d’un quotient de $K^{p+q}$, et $F$ induit une autre filtration $F_{d^}$, la *seconde filtration directe.
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Enfin, \eqref{equation:page-comme-groupe-de-cohomologie} identifie $E_{r+1}^{p,q}$ à un quotient d’un sous-objet de $E_r^{p,q}$. La filtration récursive $F_{rec}$ est obtenue en posant :
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$F_{rec} = F_d$ sur $E_0^{p,q}$ ;
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sur $E_{r+1}$, $F_{rec}$ est celle induite par $F_{rec}$ sur $E_r$.
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Théorème 18. Soit $K$ un complexe différentiel d’objets de $\mathscr{A}$ muni de deux filtrations $W$ et $F$, avec $F$ birrégulière. On suppose qu’il existe un rang de page $r_0 \geqslant 0$ tel que pour tout $0\leqslant r \leqslant r_0$ les différentielles de $E_r ( K , W )$ sont strictement compatibles à $F_{rec}$.
Alors pour $r\leqslant r_0 +1$, \(F_d = F_{d^* } = F_{rec}\) sur $E_r^{p,q}$.
Corollary 19. Si $d_r$ est strictement compatible à \(F_{rec}\) pour tout $r$, alors \(F_{rec} = F_d = F_{d^*}\) sur $E_\infty$ et coincident avec la filtration induite par $F$ sur $H ( K^\bullet )$.
Pour terminer, petits rappels de différentielles kälheriennes
Soit $A$ un anneau, $\varphi : A \to B$ une structure de $A$-algèbre sur un anneau $B$.
Soit $M$ un $B$-module. Une $A$-dérivation de $B$ dans $M$ est un homomorphisme de $A$-modules $\mathrm d:B\to M$ tel que
\[\mathop{\mathrm{\mathrm{d}}}\circ \varphi = 0\] \[\mathop{\mathrm{\mathrm{d}}}( fg ) = f \mathop{\mathrm{\mathrm{d}}}g + g \mathop{\mathrm{\mathrm{d}}}f\]Alors $\Omega_{A/B}$ est le $B$-module défini par la propriété universelle suivante : si $B\to \Omega_{A/B}$ et $B\to M$ sont des $A$-dérivations, il existe un et un seul morphisme $\Omega_{A/B} \to M$ factorisant.
Définition 20. Soit $f: X \to Y$ un morphisme de shémas, $\Delta : X \to X \times_Y X$ le morphisme diagonale.
L’image $\Delta ( X )$ est localement fermée dans $X\times _Y X$ et est isomorphe à $X$ . Soit $W$ un ouvert de $X\times _Y X$ contenant $\Delta ( X )$ comme fermé, et $\mathscr J$ le faisceau d’idéaux de $\Delta ( X )$ dans $W$.
On pose \(\Omega_{X/Y} = \Delta ^* ( \mathscr J / \mathscr J^2 )\) et on vérifie qu’on a une différentielle \(\mathop{\mathrm{\mathrm{d}}}: \mathscr{O}_X \to \Omega_{X/Y}\).
Pour tout entier $n$ positif, on pose \(\Omega_{X/Y}^n = \Lambda ^n \Omega_{X/Y} .\) En imposant $\mathop{\mathrm{\mathrm{d}}}\circ \mathop{\mathrm{\mathrm{d}}}$ et la règle de Leibniz, on peut étendre en un complexe
\[\Omega^\bullet : \mathscr{O}_X \to \mathscr{O}_{X/Y} \to \Omega^1_{X/Y} \to \Omega^2_{X/Y} \to ...\]de faisceaux de $\mathscr{O}_X$-modules.
Hypercohomologie
Soit $\mathscr{I}^\bullet$ un complexe de bons faisceaux (suffisamment d’injectifs) sur un schéma noetherien $f: X \to \mathop{\mathrm{\mathrm{Spec}}}( k )$ de type fini. On pose \(\mathbf H^i ( X , \mathscr{I}^\bullet ) = H^i ( R^i f_* \mathscr{I}^\bullet )\) de sorte que
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si $\alpha : \mathscr{I}^\bullet \to \mathscr G^\bullet$ est un quasi-iso, le morphisme induit \(\alpha_* : \mathbf H^i ( X , \mathscr{I}^\bullet ) \to \mathbf H^i ( X , \mathscr G^\bullet )\) est un isomorphisme
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si $\mathscr{I}^\bullet$ est concentré en un degré, on retombe sur la cohomologie des faisceaux
Références
Deligne, Pierre. 1971. “Théorie de Hodge: II.” Publications Mathématiques de l’IHÉS 40: 5–57.