Cote n° 93 · batch 7 · pages 121–140 · Transcription · Connexions de Gauss-Manin et équations de Picard-Fuchs. Opération de Cartier : copies de tapuscrit annoté (s.d.), tiré à part (1981), notes manuscrites (s.d.).
Datation de l’inventaire : [1972]-1981
Édition de démonstration

121la page commence au milieu d'une phrase : l'argument vient de la page qui précède le lot

des ⌜\(\mathrm{Conn}_{X/S}\) et des⌝ \(H^{1}\mathcal{P}_{X/S} \longrightarrow \mathrm{Conn}_{X/S}\) s'étendant à \(G_0(\ill{})\) et de \[ H^{1}\mathcal{P}_{X/S} \longleftrightarrow \mathrm{Conn}^{0}_{X/S} \] les premiers se déduisant du second de façon évidente, compte tenu de l'isom. can. \[ \mathrm{Conn}^{0}_{X/S} \longrightarrow \mathrm{Conn}_{X/S} \] compatible avec l'iso \[ \underline{\omega}_{X/S}^{\otimes 2} \xrightarrow{\ 12\,\mathrm{id}\ } \underline{\omega}_{X/S}^{\otimes 2} \] sur les champs d'opérateurs. (On ⌜écrira⌝ […] parfois, \[ c_{0}^{X}(\ill{}) = \tfrac{1}{12}\, c^{X}(\ill{}) \quad \ldots\,) \]

On peut espérer que si \(X\) est de car. \(p > 0\), et si \(\mathcal{O}'_X\) est le sous-faisceau ⌜d'anneaux des fonctions⌝ de \(\mathcal{O}_X\) défini par des \(f\) tels que \(D^{(i)}f = 0\) (\(i \leqslant 3\)), […] les conditions \[ H_{\mathcal{X}}(\mathcal{P}/S) \backslash \mathcal{P}_{X/S} \longleftrightarrow \mathrm{Conn}^{0}_{X/S} \] l'indice de \(H\) surcharge un premier symbole ; lecture douteuse

sont injectifs, i.e. que […]

\(\mathcal{O}'_{X/S}\) est \(\mathcal{O}^{(p)}_{X/S}\) si \(p \neq 2, 3\), sinon \(\mathcal{O}^{(p^{2})}_{X/S}\) OK

Proposition […] \(A\) anneau (local, plus généralement avec \(\operatorname{Pic}(A) = 0\)) de car. \(p > 0\), \(\alpha \in A\), \(B = A[T]/(T^{p} - \alpha)\), \(t \in B\) la classe de ⌜de⌝ \(T\) dans \(B\) (donc \(t^{p} = \alpha\)), […] \(s \in B\), donc \[ s = a_0 + a_1 t + \cdots + a_{p-1} t^{p-1}, \qquad a_i \in A \ (0 \leqslant i \leqslant p-1), \] \[ D_t s = (ds)/(dt), \qquad D^{(i)}_t s = \tfrac{1}{i!}(D_t)^{i}s \quad\text{si } 1 \leqslant i \leqslant 3, \] \(D^{(j)}_t s = \sum_{j \leqslant i \leqslant p-1} a_i \binom{i}{j} t^{i-j}\), et

cas \(p \neq 2, 3\) […] […] ([…])

Posons Alors \[ c_0(s) = -\frac{D^{(3)}_t s}{D^{(1)}_t s} + \Bigl(\frac{D^{(2)}_t s}{D^{(1)}_t s}\Bigr)^{2} \quad \text{si } D^{(1)}_t s \in B^{*}. \] Supposons \(c_0(s) = 0\) i.e. \[ (D^{(2)}s)^{2} = (D^{(1)}s)(D^{(3)}s). \] Alors \(\exists\, a, b, c, d \in A\) (uniques […] […] […] ⌜scalaire⌝) ⌜avec \(ad - bc = 1\)⌝, tels que \[ s = \frac{at + b}{ct + d} \quad\text{i.e.}\quad s(ct + d) = at + b \] les exposants (2) et (3) se distinguent mal dans ces deux formules ; on les lit d'après les calculs de la page 122, où \(D^{(3)}s\,D^{(1)}s\) et \((D^{(2)}s)^{2}\) sont comparés

122OPS […] pour les éléments […] \(\in A^{p}\), puis \(\alpha \neq 0\) […]

donc \(t \in B\), donc \(D^{(1)}s = a_1 + a_2 t + \cdots \equiv a_1 \ (tB)\)lecture de « \((tB)\) » douteuse

donc \(D^{(1)}s \in B^{*} \Longleftrightarrow a_1 \in A^{*}\). OPS, quitte à remplacer \(s\) par \(a_1^{-1}(s - a_0)\), que \(s = t + a_2 t^{2} + \cdots + a_{p-1}t^{p-1}\), puis, quitte à faire encore un chgt de variable \[ s' = \frac{s}{1 + a_2 s} = \sum_{n \geqslant 0} (-1)^{n} a_2^{n} s^{n+1} = s - a_2 s^{2} + \cdots \equiv t \bmod t^{3} \] entre la fraction et la somme, une seconde fraction \(\frac{1}{1+a_2 s}\) est biffée ; devant le \(\sum\) un \(s\) semble biffé

donc \(s\) de la forme \[ s = t + \text{termes d'ordre} \geqslant 3 . \]

[…] À prouver que, sous une condition, la condition \[ c_0(s) = 0 \Longrightarrow s = t . \] Si […] […] par si : \[ s = t + a t^{d} + \cdots \quad (\text{termes d'ordre} \geqslant d+1), \] \(3 \leqslant d \leqslant p-1\) \(d \geqslant 3\), alors \(a = 0\). \[\begin{align*} D^{(3)}s &\equiv a\binom{d}{3} t^{d-3} \bmod (t^{d-2})\\ D^{(2)}s &\equiv a\binom{d}{2} t^{d-2} \bmod (t^{d-1}) \text{ et a fortiori mod } t^{d-2}\\ D^{(1)}s &\equiv 1 \bmod (t^{d-1}) \text{ et a fortiori mod } t^{d-2}\\ D^{(3)}s\, D^{(1)}s &\equiv a\binom{d}{3} t^{d-3} \bmod t^{d-2}\\ (D^{(2)}s)^{2} &\equiv 0 \bmod t^{d-2} \end{align*}\] à la ligne de \(D^{(1)}s\), un terme \(+\,a d\, t^{d-1}\) est biffé ; à celle de \(D^{(3)}s\,D^{(1)}s\), un terme \(+\,a^{2} d \binom{d}{3} t^{2d-4}\) est biffé ; à celle de \((D^{(2)}s)^{2}\), le \(0\) surcharge un \(a^{2}\)

donc \[ a\binom{d}{3} t^{d-3} \equiv 0 \bmod t^{d-2} \] donc \(a\binom{d}{3} = 0\) dans \(A\), i.e. \[ \frac{d(d-1)(d-2)}{6}\, a = 0 \text{ dans } A . \] Si \(6\) inv. dans \(A\), et aussi \(d(d-1)(d-2)\), car \(3 \leqslant d \leqslant p-1\) et \(A\) de car. \(p > 3\), donc \(a = 0\) OK.

123Cas car. 2 ou 3. Ici il faut supposer \(B = A[T]/(T^{p^{2}} - \alpha)\), dans l'unicité (modulo vérification de la […] ⌜définition⌝ des \(D^{(i)}_{t}\) …) du résultat sur formes d'[…] connues, et la réduction au cas \(\alpha = 0\), \(s \equiv t \ (t^{3}B)\), est comme dessus. Il faut prouver que \(s = t\), donc si \(s = t + a t^{d}\) (\(3 \leqslant d \leqslant\) […] \(p^{2}-1\)) alors \(a = 0\). On trouve comme […] \[ a\binom{d}{3} = 0 \quad\text{i.e.}\quad a\, c_{3,d-3} = 0, \] sous \(c_{3,d-3}\), une flèche renvoie à « coeff. binômial »

d'autre part \(c_{3,d-3} \in \mathbb{F}_p^{*}\) ssi. \(d \geqslant d-3\) \[ \text{pour}\quad \begin{aligned} d-3 &= d_0 + d_1 p\\ 3 &= d'_0 + d'_1 p \end{aligned} \qquad \Bigl|\ 0 \leqslant d_0, d_1, d'_0, d'_1 \leqslant p-1 \] on a \(d_0 + d'_0 \leqslant p-1\), \(d_1 + d'_1 \leqslant p-1\).

1) Cas car. \(p = 2\), donc \(d - 3 = \ill{}\,(d_0 - 1) + (d_1 - 1)p\) […] On \(d_0, d_1 \geqslant 1\) […] […] Cas : signifie […] pour \(d = 3\) […] \[ c_{3,3} = 1 \Longrightarrow a = 0 \qquad \text{OK} \] […]

2) Cas \(p = 3\). […] Si \(d_1 \neq 0\) i.e. \(d_1 \geqslant 1\), \[ d - 3 = d - p = d_0 + (d_1 - 1)p, \quad\text{et} \] \[ c_{d,d-3} \equiv c_{d_0,d_0}\, c_{d_1,d_1-1} \quad \text{dans } \mathbb{F}_p, \] \[ \in \mathbb{F}_p^{*} \text{ ssi } \begin{aligned} 2d_0 &\leqslant p-1 = 2\\ 2d_1 - 1 &\leqslant p-1 = 2 \end{aligned} \] i.e. \(d_1 = 1\), \(d_0 = 0\) ou \(1\), dans ce qui ici dépend … (a) \(d_1 = 0\) ; (a) \(d_1 = 2\). b) \(d_1 = 1\), \(d_0 = 2\). […] Le cas \(d_1 = 0\) […] on fait facilement, […] alors \(3 \leqslant d \leqslant p-1\) dans \(c_{d,d-3}\) tout ce cas 2) est barré de trois longues diagonales ; « (a) \(d_1 = 0\) » est cerclé

\(d - 3 = d_0 + d_1 p\), \(0 \leqslant d_0, d_1 \leqslant 2\) ; \(0 \leqslant d_1 \leqslant 1\) ; donc \(d_1 \leqslant 1\) (de même \(0 \leqslant d-3 \leqslant 5\) car \(3 \leqslant d \leqslant p^{2}-1 = 8\)). \(3 = 0 + 1\cdot p\). La condition \(c_{3,d-3} \in \mathbb{F}_p^{*}\) signifie ici \(d_1 + 1 \leqslant p-1\) i.e. \(d_1 + 1 \leqslant 2\) i.e. \(d_1 \leqslant 1\), qui est vérifié. On gagne encore ! cette colonne de droite, écrite après coup en haut à droite de la feuille, porte sur le cas \(p = 3\) ; elle est suivie d'un grand paraphe

125Soit \(P\) une droite projective sur \(\mathbb{C}\). Un ouvert non vide \(D \subset P^{\mathrm{an}}\) est dit « homogène » si le ⌜sous-⌝groupe \(G\) de \(\operatorname{Aut}(P) \xrightarrow{\sim} \operatorname{Aut}(P^{\mathrm{an}})\) (\(\simeq GP(1)_{\mathbb{C}}\)) agit homogènement sur \(D\). Si \(D\) est homogène et \(g \in \operatorname{Aut}(P)\), \(g(D)\) est homogène et a comme groupe de stabilité \(\operatorname{int}(g).G\).

Le « théorème d'uniformisation » nous donne

Th. (classiques) 1

a) Il y a exactement trois classes (à conj. près par \(\operatorname{Aut}(P)\)) de domaines homogènes dans \(P\), savoir

b) Pour \(D\) domaine homogène dans \(X\), \(G \subset \operatorname{Aut}(P)\) son stabilisateur, l'application \(G \to \operatorname{Aut}(D)\) est un iso. De plus, \(D\) est connexe et ⌜simplement⌝ connexe.

c) Le foncteur \((P, D) \longmapsto D\), de la catégorie ⌜(pour iso)⌝ des couples \((P, D)\), \(P\) droite projective et \(D\) domaine homogène de \(P\), dans la catégorie ⌜(pour iso)⌝ des […] espaces \(\mathbb{C}\)-analytiques réguliers de dim 1 connexes et simplement connexes, est une équivalence de catégories.

Cor. Naïve Les groupes \(G\) de stabilité d'un domaine homogène \(D\) de \(P\) sont respectivement

(On notera les affirmations 1°) et 2°) d'une […] […], où on trouve ([…] groupes analytiques complexes) […] une agissant sur \(\mathbb{C}\), et le cas 3°)

126où on trouve un ⌜le groupe des pts réels \(GP(1)(\mathbb{R})\)⌝ groupe algébrique réel \(GP(1)_{\mathbb{R}}\) — qui en fait est une forme réelle de \(GP(1)_{\mathbb{C}}\), […] ⌜dans 3°)⌝ […] ⌜on trouve⌝ que la […] ⌜correspondance⌝ forme biunivoque entre

\(\delta\)) choix d'une […] géodésique […] (\(= \ill{}\)) dans \(P\)

La relation entre \(\alpha\)) et \(\beta\)) claire, celle entre \(\alpha\)) et \(\gamma\)) est la suivante : À une […] forme réelle \(P_{\mathbb{R}}\), on associe l'ensemble de ses pts réels, qui est un « cercle » dans \(P_{\mathbb{R}}(\mathbb{C}) = P(\mathbb{C})\) (\(P = P_{\mathbb{R}} \otimes_{\mathbb{R}} \mathbb{C}\)) et on prend les deux composantes connexes de \(P_{\mathbb{R}}(\mathbb{C}) - P_{\mathbb{R}}(\mathbb{R})\) …. Notons que l'inversion p.r. au cercle \(P_{\mathbb{R}}(\mathbb{R})\) …

Scholie On a un foncteur ⌜\(\mathbb{P}\)⌝ de la catégorie des courbes analytiques non sing. connexes et simplement connexes, vers la catégorie des droites projectives complexes, et un homomorphisme fonctoriel \[ X \xhookrightarrow{\ i_X\ } \mathbb{P}(X)(\mathbb{C}) \] faisant de \(X\) un domaine homogène de \(\mathbb{P}(X)\). Un tel foncteur est unique (à isom. unique près respectant \(i : \mathrm{id} \to \mathbb{P}(-)(\mathbb{C})\)).

Soit maintenant \(X\) une courbe analytique non singulière. Pour tout pt \(x \in X\), soit \(\widetilde{X}(x)\) le rev. universel de \(X\) en \(x\). C'est un espace analytique simplement connexe, et pour \(x\) variable, on trouve un système local (foncteur sur le groupoïde fondamental \(\Pi(X)\) de \(X\)) à valeurs les \(\widetilde{X}(x)\) (considérés comme objets de la cat. des ⌜courbes⌝ esp. analytiques connexes et simplement connexes — mais pas pointées). Le système des projections \[ \widetilde{X}(x) \longrightarrow X = X(x) \] est un tel système local d'espaces analytiques. On lui associe donc trivialement un homomorphisme d'espaces analytiques sur \(X\)

LaTeX source
\begin{tikzcd}
\widetilde{X} \arrow[r] \arrow[dr] & X \times X \arrow[d, "\mathrm{pr}_2"] \\
 & X
\end{tikzcd}

munis de connexions intégrables (en un sens strict : il y a transport parallèle …). L'hom. est compatible avec les connexions, et transforme la section unique \(\sigma\) : \(x \mapsto \tilde{x}\) de \(\widetilde{X}\) en la section diagonale de \(X\) (d'où on conclut que \(\sigma\) est analytique).

Cette construction marche pour des […] analytiques. Mais utilisant le fait que \(X\) est une courbe non sing., donc les \(\widetilde{X}(x)\) sont des courbes non sing. connexes et simplement connexes, on trouve que le système local des \(\widetilde{X}(x)\) donne naissance au système local des \(\mathbb{P}(\widetilde{X}(x))(\mathbb{C})\), d'où un fibré projectif canonique sur \(X\), noté

127\(\mathbb{P}_X\), avec une […] ⌜connexion⌝ intégrable, et une immersion ⌜de \(X\)-esp. an.⌝ (respectant les conn.)

LaTeX source
\begin{tikzcd}
\widetilde{X} \subset \mathbb{P}_X \arrow[d] \\
X
\end{tikzcd}

Comme \(\widetilde{X}\) est muni d'une section unique, \(\mathbb{P}_X\) a une section unique analytique. Donc

Théorème 2 Pour \(X\) courbe analytique ⌜non sing.⌝ connexe, on trouve, de façon unique à iso unique près :

tels que

[…] que une \(\widetilde{F}\) d'hom. […] […] le long de \(\sigma\) […] […] st. […] […] le long de \(\sigma\)) et […] […] analytiques […] plus […] […] b) et c) ([…] que […] pour […] sous […] … ) cf. […] d) et e) […] les faisant […] […] des […] […] Inversement, 1°), 2°), 3°) […] d) et e) […] quatre notes marginales, écrites verticalement le long du bord gauche et reliées par des accolades aux données a) à e) et aux conditions 1°) à 3°) ; elles semblent dire en quoi les données se déterminent l'une l'autre, mais ne se lisent pas

128Supposons \(X\) connexe et distinguons ces 3 cas, suivant le type d'isomorphie de son revêt. universel de \(X\)

1°) Cas \(S^{2} =\) \(\mathbb{P}^{1}(\mathbb{C})\). Alors \(X\) \(\simeq\) \(\mathbb{P}^{1}_{\mathbb{C}}\) est une droite projective (car simpl. connexe), tout autour analytique — et en deux […] […] — […] […] connexion triviale, […] […] …), \(\widetilde{X} \simeq X \times X\) ⌜\(= \mathbb{P}^{1}_{X}\) […]⌝, \(p\) est l'identité.

2°) Cas \(\mathbb{E}^{1}(\mathbb{C}) = \mathbb{C}\). Alors \(X\) est soit isomorphe algébrique (car \(X\) comp. […]), soit isomorphe à \(\mathbb{C}^{*}\) (cela provient de ce que les ⌜autres sous-gpes fixes de \(\mathbb{R}^{2}\),⌝ […] groupes discrets […] de \(\mathbb{E}^{1}_{\mathbb{C}}\), c'est kif-kif) \(\operatorname{Aff}(1, \mathbb{C}) \simeq \mathbb{C}^{*} . \mathbb{C}\) ([…] […] […]) des translations, et les […] groupes discrets […] ⌜sous-groupes discrets⌝ du groupe des translations \(\mathbb{C}\) sont de rang \(0\), \(1\) (quotient \(\mathbb{C}^{*}\)) ou \(2\) (quotient courbe elliptique). On note que \(X\) est muni d'une structure algébrique (tout autant analytique d'une \(\mathbb{E}^{1}_{\mathbb{C}}\), — de courbe elliptique, — étant algébriques). Ici \(\widetilde{X} = \mathbb{P}_X - \sigma'\),

où \(\sigma'\) est une sect. horizontale de \(\mathbb{P}_X\) ; donc, \(\subset \mathbb{P}_X\) […] […] muni des deux sections analytiques \(\sigma\), \(\sigma'\) disjointes, en considérant \(\mathbb{P}_X\) comme clôture projective d'un fibré vectoriel analytique \(V\), qui n'est autre ⌜munit \(\widetilde{X}\) comme esp. analytique sur \(X\)⌝ […] […] ⌜d'une structure vectorielle⌝. On observe que la connexion de \(X\) […] n'induit pas la structure vectorielle. Mais on peut

La cat. (pour iso) des […] […] […] […] ([…] \(\ill{}\)) […] […] des […] […] […] note marginale écrite en oblique dans l'angle inférieur gauche, reliée par une accolade au cas 2°) ; elle ne se lit pas

129écrire \(V = \mathbb{V}(\omega_\sigma)\), \(\omega_\sigma\) étant le fibré conormal le long de la section \(\sigma\), qui est aussi isom. au fibré conormal de \(X_X\) le long de la section diagonale, donc \[ V = \mathbb{V}(\underbrace{\Omega^{1}_{X/\mathbb{C}}}_{\omega_{X/\mathbb{C}}}) = \mathbb{W}(\underbrace{t_{X/\mathbb{C}}}_{\text{fibré tangent}}) \] Donc \(\widetilde{X}\) s'identifie au fibré tangent à \(X\), \(\sigma\) à la section nulle, \(\mathbb{P}_X\) à la clôture projective de \(\widetilde{X} = \mathbb{W}(t_{X/\mathbb{C}})\). La connexion intégrable ⌜plate⌝ canonique de \(\mathbb{P}_X\) est associée à une connexion de \(\widetilde{X}\) considéré comme fibré en droites affines, i.e. une connexion sur le fibré principal associé de groupe \(\operatorname{Aff}(1, \mathbb{C})\) (contenant \(\mathbb{G}_m(\mathbb{C})\) dans \(\widetilde{X} = \mathbb{W}(t_{X/\mathbb{C}})\) provient, et contenu dans \(GP(1, \mathbb{C})\)).

Il y aurait lieu ⌜conviendrait⌝ de caractériser cette connexion, et prouver (en l'espérant !) qu'elle est en fait algébrique. Cette question ne se pose que si \(X\) est compacte, i.e. \(X = \mathbb{E}^{1}_{\mathbb{C}}\) ou \(X = \mathbb{G}_{m\,\mathbb{C}}\) (le cas compact réglé par GAGA !). Or dans le cas \(X \simeq \mathbb{E}^{1}_{\mathbb{C}}\), on a encore \(\widetilde{X} = X \times X \subset \mathbb{P}_X = \mathbb{P}(X) \times X\), puisque \(\widetilde{X} \simeq X\), \(p : \widetilde{X} \to X_X\) est l'identité (donc \(\sigma = \Delta_X\)), tout est clair (et tout est algébrique — la connexion étant d'ailleurs singulière à l'infini !)

Dans le cas où \(X \simeq \mathbb{C}^{*} \simeq \mathbb{G}_{m}(\mathbb{C})\)

oui, elle est algébrique […] […] […] note marginale à gauche, reliée par une flèche à la phrase « qu'elle est en fait algébrique »

130Dans les éléments de structure canoniques associés à la courbe ⌜\(\mathbb{C}\)-⌝analytique \(X\), nous allons retenir maintenant ceux qui « gardent un sens algébrique » lorsque \(X\) « est » algébrique — et a fortiori dans le cas propre, grâce à Gaga. Ce sont

[d) Un isom. de « solutions formelles sur \(X\) » \[ \widehat{\mathbb{P}}_X \xrightarrow[\ \sim\ ]{\ \hat{p}_X\ } \widehat{X}_X \] (complétions formelles le long des sections uniques \(\sigma\) et \(\Delta_X\)) respectant les connexions.

D'ailleurs, l'élément de structure d) est contenu dans b) et d), moyennant la condition (vérifiée […] ⌜si \(\exists\) ([…] d) compatibles⌝) […] […] entre eux) :

1°) La section \(\sigma\) est nulle part stationnaire (pour la connexion donnée […] sur \(\mathbb{P}_X\) …] « contenu dans b) et d) » se lit ainsi ; on attendrait « b) et c) »

Même si \(X\) n'est pas propre, […] les travaux de Deligne montrent l'existence et l'unicité de structures algébriques a) b) ⌜(unicité, pas l'existence de c) !)⌝ déduites des constructions transcendantes du th. 2, lorsqu'on fait ⌜rajoute⌝ de plus la condition :

[…] La connexion \(c_X\) de \(\mathbb{P}_X\) est régulière à l'infini.

Mais nous allons étudier l'existence (et l'unicité, et préciser ce pb d'existence — pour une autre voie

131Quand a-t-on de telles données algébriques sur une courbe algébrique \(X\) ⌜sur \(\mathbb{C}\)⌝, […] conduisant nécessairement par la relation analytique du th. aux termes de celles-ci ? Il faut donc construire l'ouvert \(\widetilde{X} \subset (\mathbb{P}_X)^{\mathrm{an}}\) et \(\widetilde{X} \longrightarrow (X_X)^{\mathrm{an}}\).

Il nous a déjà une bonne forme d), et celui-ci pourrait se prolonger, suivant les cas : 1°) en \(\mathbb{P}_X \to X_X\) par un iso (cas \(X\) droite projective) 2°) un […] ⌜hom.⌝ \[ \text{\struck{$(\mathbb{P}_X^{\mathrm{an}} \supset \sigma'(X))$}}\quad \widetilde{X} \overset{\mathrm{df}}{=} \mathbb{P}_X^{\mathrm{an}} - \sigma'^{\mathrm{an}}(X^{\mathrm{an}}) \xrightarrow{\ p\ } (X_X)^{\mathrm{an}}, \] où \(\sigma'\) est une section horizontale (univoquement déterminée) de \(\mathbb{P}_X\) sur \(X\), faisant de \(\widetilde{X}\) un rev. de \((X_X)^{\mathrm{an}}\), et transformant \(\sigma\) en \(\Delta_X\). ([…] ⌜Ici⌝ \(p\) est un iso […] \(X \simeq \mathbb{E}^{1}_{\mathbb{C}}\) i.e. \(X\) simplement connexe non propre). Le cas où \(X \simeq \mathbb{E}^{1}_{\mathbb{C}}\), \(\mathbb{G}_{m\,\mathbb{C}}\), ou \(X\) courbe elliptique. Question A-t-on une description purement algébrique de \(\sigma'\) (en supposant qu'on ait aux données de \((\mathbb{P}_X, c_X, p_X)\)) ? Et de \(p_X\) dans le cas où c'est un iso analytique, i.e. \(X \simeq \mathbb{E}^{1}_{\mathbb{C}}\) — alors \(p_X\) est lui-même algébrique ! 3°) On a un ouvert \(\widetilde{X}\) […] (⌜dont les fibres sont des⌝ ⌜disques⌝) […] dans les fibres de \(\mathbb{P}_X^{\mathrm{an}}\), lesquels disques sont les domaines d'existence maximaux des \(\hat{p}_x : (\mathbb{P}_x)^{\mathrm{an}} \longrightarrow X^{\mathrm{an}}\) …

N.B. P. Deligne […] […] […] […] […] […] note marginale à gauche, cerclée et barrée d'une croix On a toujours […] […] […] \(\mathbb{C}\), […] […] […] […] […] […] clôture projective […] fibré […] […] seconde note marginale, écrite en oblique à gauche des cas 2°) et 3°) ; à peu près illisible

132Or, pour une courbe lisse donnée \(X\) sur un schéma de base \(S\) de car. nulle (p. ex. \(S = \operatorname{Spec}\mathbb{C}\)) on a donné une description purement alg. des structures du type a) b) c) (avec connexion \(c_X\) sur \(P\) rel. à \(X/S\)), satisfaisant la condition 1° — pour le moment une condition par la condition 2°. La cat. de ces structures est rigide — de façon précise, les \(P\) (fibré de S.D. de rang 1 sur \(X\)) sont can. isom. à \(\mathbb{P}(E)\), où \(E\) est l'extension \[ 0 \longrightarrow \underline{\omega}_{X/S} \longrightarrow E \longrightarrow \underline{\mathcal{O}}_X \longrightarrow 0 \] sous \(\underline{\omega}_{X/S}\), un signe \(\Vert\) le renvoie à \(\underline{\omega}\)

donnée par \[ E \simeq \mathcal{J}/\mathcal{J}^{3} \otimes \omega^{-1} \] (\(\mathcal{J} \subset \mathcal{P}^{\infty}_{X/S}\) l'idéal d'augmentation, donc \(\mathcal{J}/\mathcal{J}^{2} \simeq \omega_{X/S} = \omega\)), la section \(\sigma\) est alors définie par cette structure d'extension, enfin la connexion \(c\) sur \(P = \mathbb{P}(E)\) est déduite d'un isom. \(p : \mathcal{P}^{\infty}_{X/S} \xrightarrow{\ \sim\ } \underline{\mathcal{O}}_{\hat{P}}\) (\(\hat{P}\) complété formel de \(P\) le long de \(\sigma\)), prolongeant l'isom. \(\add{p(\sigma)}\) (et l'ind. 2 canonique) impliqué par la description de \(P = \mathbb{P}(E)\) par le choix particulier de \(E\). On a un produit, par les isom. \(\hat{p}\) tels que la conn. de \(\hat{p}\) déduite par transport de structure de celle de \(\mathcal{P}^{\infty}_{X/S}\) (provenant de la conn. tautologique de \(X \times X\) \(X \times_S X\) sur \(X\)) provienne bien d'une connexion de \(P\). On constate donc que ces iso (correspondant la phrase se poursuit à la page suivante

133donc à toutes les structures possibles du type envisagé sur \(X\)) sont en correspondance biunivoque, i.e. vérifient, avec l'ens. des relèvements \(p_{(3)}\) de \(p_{(2)}\) à l'ordre 3 (sans autre condition sur ceux-ci). Ce sont ⌜donc⌝ les sections sur \(X\) d'un torseur canonique sur \(S\), sous le faisceau abélien \(\underline{\mathrm{Hom}}(\underline{\omega}, \underline{\omega}^{\otimes 3}) \simeq \underline{\omega}^{\otimes 2}\) : \[ \text{\struck{$\mathcal{P}$}} \quad \mathcal{C}_{X/S} \quad \text{torseur sous } \underline{\omega}^{\otimes 2} = \underline{\Omega}^{1\,\otimes 2}_{X/S} \] sous \(\mathcal{C}_{X/S}\) : « ensemble des “connexions projectives” »

On dit aussi que les structures du type envisagé sur \(X\) sont des connexions projectives sur \(X\), et le torseur envisagé est le torseur des connexions projectives sur \(X/S\). [Elles sont aussi en correspondance biunivoque avec l'ens. des connexions ⌜correspondantes⌝ \(c\) sur \(P = \mathbb{P}(E)\) (\(E\) comme dessus), ou ce qui revient au même, des connexions ⌜(compatibles […] […])⌝ sur le fibré en \(M_3\) […] lié associé (i.e. qui ⌜dirait⌝ […] \(P \to X\) de \(\mathcal{J}_{R/X}\), on aura \(E \otimes \check{E}/\underline{\mathcal{O}}_X\)) — on trouve \[ \mathcal{V} \simeq (\operatorname{Sym}^{2} E) \otimes \underline{\omega}^{-1} \] extension successive — commençant […] […] — de \(\underline{\omega}^{1}, \underline{\omega}^{0}, \underline{\omega}^{-1}\) — et il faut prendre les connexions \(\nabla\) \[ c : \mathcal{V} \longrightarrow \mathcal{V} \otimes \underline{\omega} \simeq \operatorname{Sym}^{2} E \] qui, sur \(\underline{\omega} \subset \mathcal{V}\) (défini nécessairement dans \(\operatorname{Ker}(\operatorname{Sym}^{2} E \to \operatorname{Sym}^{2}\underline{\mathcal{O}}_X \simeq \underline{\mathcal{O}}_X)\), ext. de \(\underline{\omega}\) par \(\underline{\omega}^{2}\), la phrase se poursuit à la page suivante

134laquelle extension s'identifie à \(\mathcal{P}^{1}_{X/S}(\omega)\) par sa structure d'extension naturelle de \(\omega\) par \(\underline{\omega} \otimes \underline{\Omega}^{1}_{X/S} \simeq \underline{\omega} \otimes \underline{\omega} = \underline{\omega}^{2}\)) s'identifie à l'op. diff. de degré 1 (rel. à \(S\)) universel sur \(\underline{\omega}\) \[ c|\underline{\omega} = d^{1}_{\underline{\omega}, X/S} : \underline{\omega} \longrightarrow \mathcal{P}^{1}_{X/S}(\underline{\omega}) . \] L'indéterminati[on] ⌜dans cette⌝, sur cette condition, au lieu d'être dans \(\Gamma(\underline{\omega} \otimes \mathcal{V})\) — […] (connexion sur \(\mathcal{V}\) ⌜par produit, i.e. dans⌝ ⌜une section⌝ des \(\mathcal{V} \otimes \underline{\omega}\)) est dans \((\underline{\omega} \otimes \underline{\mathrm{Bil}}_0 \simeq \underline{\omega} \otimes \underline{\omega} \simeq \underline{\omega}^{\otimes 2}\) — on retombe sur ses pattes !

Ceci « rappelé », on voit donc que si \(S = \operatorname{Spec}\mathbb{C}\), donc \(X\) courbe algébrique lisse\(/\mathbb{C}\), dans la […] ⌜construction⌝ transcendante […] ⌜indiquée⌝ plus haut […] […] des ⌜s'interprète comme la⌝ construction d'une connexion projective (canonique) sur \(X/\mathbb{C}\), i.e. d'une section canonique du torseur \(\mathcal{C}_{X/\mathbb{C}}\) (des connexions projectives sur \(X\)), ⌜sous \(\underline{\omega}^{\otimes 2}_{X/\mathbb{C}} = \underline{\omega}^{2}\)⌝ ⌜on se demande quand⌝ (cette connexion projective est de plus « régulière » à l'infini » i.e. la connexion correspondante sur \(\mathbb{P}_X \simeq \mathbb{P}(\mathcal{J}/\mathcal{J}^{3})\) (\(\mathcal{J}\) idéal d'augmentation de \(\mathcal{P}^{\infty}_{X/\mathbb{C}}\)) étant ⌜est⌝ régulière à l'infini. Sauf erreur, cela doit signifier

[…] […] […] […] […] […] […] projectives […] […] régulière […] […] […] donnée […] […] […] […] \(\mathbb{E}^{1}_{\mathbb{C}}\) […] \(\mathbb{G}_{m\,\mathbb{C}}\) […] \(\mathbb{P}\) […] […] […] […] […] […] deux notes marginales écrites verticalement le long du bord gauche, la seconde reliée par un trait courbe à la condition « régulière à l'infini » ; à peu près illisibles

135que cette section du torseur \(\mathcal{C}\) (qui est en fait défini sur \(\hat{X}\), compactifiée non singulière naturelle de \(X\),) sont \(\mathcal{C}_{\hat{X}/\mathbb{C}}\)) est admet « à l'infini » \(\hat{X} - X\) que des pôles simples au plus, i.e. si \(D\) est le diviseur correspondant ⌜sur \(\hat{X}\)⌝ à multiplicités toutes 1, de support \(\hat{X} - X\), on aura comme groupe d'indéterminations des conn. proj. rég. à l'infini sur \(\hat{X}\) \[ H^{0}(\hat{X}, \underline{\omega}^{\otimes 2}_{\hat{X}}(D)) \] (qu'on peut relier aussi aux invariants classiques de la courbe complétée \(\hat{X}\) les écrivant […] d'abord \(\underline{\lambda} = \) \(\underline{\omega}^{2}\) … lieu de \(\underline{\omega}^{\otimes 2}_{\hat{X}/\mathbb{C}}\)) \[ \text{\struck{$0 \to \underline{\lambda} \to \underline{\lambda}(D) \to$}} \quad \underline{\omega}(D)/\underline{\omega}^{2} \longrightarrow 0 \] \[ 0 \longrightarrow \underline{\lambda} \longrightarrow \underline{\lambda}(D) \longrightarrow \underline{\lambda}(D)/\underline{\lambda} \longrightarrow 0 \] déduite par \(\otimes\,\underline{\lambda}\) de \[ 0 \longrightarrow \underline{\mathcal{O}}_{\hat{X}} \longrightarrow \underline{\mathcal{O}}_{\hat{X}}(D) \longrightarrow \underline{\mathcal{O}}_{\hat{X}}(D)/\underline{\mathcal{O}}_{\hat{X}} \longrightarrow 0 \] où \(\underline{\mathcal{O}}_{\hat{X}}(D) = \mathcal{J}_D^{-1}\) (idéal de \(D\)) et \(\underline{\mathcal{O}}_{\hat{X}}(D)/\underline{\mathcal{O}}_{\hat{X}} \simeq (\mathcal{J}_D/\mathcal{J}_D^{2})^{-1} \simeq\) […] \((\underline{\omega}^{-1}|D)\), d'où \[ \underline{\lambda}(D)/\underline{\lambda} \simeq (\underline{\lambda}\,\underline{\omega}^{-1})|D \] et la suite exacte \[ 0 \to H^{0}(\hat{X}, \underline{\lambda}) \to H^{0}(\hat{X}, \underline{\lambda}(D)) \to H^{0}(D, \underline{\lambda}\,\underline{\omega}^{-1}|D) \to H^{1}(\hat{X}, \underline{\lambda}) \] (ici \(\underline{\lambda} = \underline{\omega}^{\otimes 2}_{\hat{X}/\mathbb{C}} \simeq \underline{\omega}^{2}\)).

On suppose \(X\) connexe Si \(\hat{X}\) est de genre \(g \geqslant 2\), \(H^{1}(\hat{X}, \underline{\lambda}) = 0\) (i.e. le dual de \(H^{0}(\hat{X}, \underline{\omega}^{-1}) = 0\)) donc \[ 0 \to H^{0}(\hat{X}, \underline{\omega}^{2}) \to H^{0}(X, \underline{\omega}^{2})^{\mathrm{reg}} \to H^{0}(D, \underline{\omega}|D) \to 0 \] sous les termes, de gauche à droite : \(H^{0}(\hat{X}, \underline{\omega}^{2}) \simeq \underline{\Omega}^{1}_{M_g/\mathbb{C}}(s)\), de rang \(3g-3\) (cerclé), \(M_g\) variété modulaire des courbes de genre \(g\) non compactes ; \(H^{0}(X, \underline{\omega}^{2})^{\mathrm{reg}} \simeq\) (can. ?) \(\underline{\Omega}^{1}_{M_{g,\nu}/\mathbb{C}}(s)\), \(M_{g,\nu}\) variété modulaire des courbes de genre \(g\) à \(\nu\) trous ; \(H^{0}(D, \underline{\omega}|D)\) de rang \(\nu = \operatorname{card} D\)

136(b) \(g \leqslant 1\), i.e. \(g = 0, 1\). Est-ce que \[ H^{1}(\hat{X}, \underline{\lambda}) \longrightarrow H^{1}(\hat{X}, \underline{\lambda}(D)) \quad \text{est inj.\ ?} \] On a encore \[ H^{0}(\hat{X}, \underline{\omega}^{-1}) \longleftarrow H^{0}(\hat{X}, \underline{\omega}^{-1}(-D)) \] sous \(\underline{\omega}^{-1}\) : \(= \underline{t}_{\hat{X}/\mathbb{C}}\), fibré tangent, et \(H^{0}(\hat{X}, \underline{\omega}^{-1}) = \operatorname{Lie}\underline{\mathrm{Aut}}(\hat{X})\) (cerclé) ; sous \(\underline{\omega}^{-1}(-D)\) : \(= \underline{t}_{\hat{X}/\mathbb{C}}(-D)\), champs tangents s'annulant sur \(D\), et \(H^{0} = \operatorname{Lie}\underline{\mathrm{Aut}}(X)\) (cerclé)

injectif, surjectif ? Si son conoyau ⌜sans pôles⌝ \(\check{Q}(X)\), on aura \[ 0 \to H^{0}(\hat{X}, \underline{\omega}^{2}) \to H^{0}(X, \underline{\omega}^{2})^{\mathrm{rég}} \to H^{0}(D, \underline{\omega}|D) \to \check{Q}(X) \to 0 \] Cas \(g = 1\), ⌜dans⌝ dimension \(H^{0}(\hat{X}, \underline{t}_{\hat{X}/\mathbb{C}}) =\) […] 1 et si \(D \neq 0\) i.e. \(X \neq \hat{X}\) i.e. \(X\) non complète, on a \(Q(X) \simeq H^{0}(\hat{X}, \underline{\omega}^{-1}) \simeq t_{\hat{X}}\) (⌜algèbre de Lie⌝ […] du groupe des translations) d'où \(\check{Q}(X) = \omega_{\hat{X}} = \check{t}_{\hat{X}}\) (formes diff. inv. sur […]). Interprétation plausible sur rigidité du pb modulaire des courbes elliptiques (i.e. pt marqué) avec \(\nu\) pts ⌜distincts⌝ de somme nulle […] ⌜(cas où […] à […])⌝ — courbes elliptiques tenues à […] et \(\nu\) pts ⌜(non ordonnés)⌝ marqués distincts et un pt choisi à leur somme … […] \[ \text{Alors } H^{0}(\hat{X}, \underline{t}_{\hat{X}/\mathbb{C}}) = 0 \] Cas \(g = 0\). \(H^{0}(\hat{X}, \underline{t}_{\hat{X}/\mathbb{C}})\) est de dim 3, et suivant les cas \[ \begin{array}{ll} \nu = 1 & \dim H^{0}(\hat{X}, \underline{t}_{\hat{X}/\mathbb{C}}(-D)) = 2\\ \nu = 2 & \phantom{\dim H^{0}(\hat{X}, \underline{t}(-D))} = 1\\ \nu \geqslant 3 & \phantom{\dim H^{0}(\hat{X}, \underline{t}(-D))} = 0 \end{array} \] donc \(Q(X)\) est respectivement de dim \(1\), \(2\) ou \(3\).

Donc pour \(0 \leqslant \nu \leqslant 3\), on aura \(\dim \check{Q}(X) = \operatorname{card}\operatorname{supp} D = \dim H^{0}(D, \underline{\omega}|D)\) la ligne « Alors \(H^{0}(\hat{X}, \underline{t}_{\hat{X}/\mathbb{C}}) = 0\) » est reliée par une accolade au cas \(g = 0\) qui suit ; la conclusion, « \(0 \leqslant \nu \leqslant 3\) », se lit ainsi alors que le cas \(\nu \geqslant 3\) vient de donner \(\dim Q(X) = 3\) : on transcrit tel quel

137donc \(H^{0}(X, \underline{\omega}^{2})^{\mathrm{rég}} = 0\) : il n'y a qu'une seule connexion projective ⌜régulière à l'\(\infty\) !⌝ sur \(X\) si \(X\) est de genre \(0\) et à \(\nu \leqslant 3\) trous. Par contre pour \(\nu \geqslant 4\), l'espace \(H^{0}(X, \underline{\omega}^{2})^{\mathrm{rég}}\) est de dim \(\nu - 3\) — c'est encore la dim de l'espace modulaire pour la droite projective à \(\nu\) trous, et sans doute on trouve un isom. can. \[ H^{0}(X, \underline{\omega}^{2})^{\mathrm{rég}} \simeq \underline{\Omega}^{1}_{M_{0,\nu}}(s) \quad \ldots \] Bien entendu, dans le cas \(\nu \leqslant 3\), la seule et unique connexion projective sur \(X\) est celle induite par la connexion projective de \(\hat{X}\) (et […] toutes celles de […] transcendant !) Dans le cas de \(\nu \leqslant 3\), ⌜[…]⌝ ⌜possibilités⌝ dans sa description par tout […] transcendant ! […] la connexion projective ⌜unique⌝ ([…] ⌜[…]⌝) de \(\mathbb{P}_X = \hat{X} \times X\), munie de la section diagonale (et de la connexion triviale. Dans le cas de \(X\) quelconque (de genre \(0\)) cette connexion est après définition, et fournit une section canonique […] […] […] […] […] […] […] […] note marginale écrite en oblique à gauche, à la hauteur de « transcendant ! » ; illisible. La phrase finale reste en suspens au bas de la page, dont le reste est blanc

138⌜On suppose […] inv. sur \(S\).⌝

Prop. Soit \(H\) schéma en groupes lisse sur \(S\), de dim rel. 1, et \(X\) un torseur sous \(H\). Soit \((\mathcal{V}, \mathcal{L}, \underline{\omega})\) l'alg. de Lie de rang lin. 3 correspondante ⌜\((\mathbb{P}, \sigma)\), le fibré proj. : section associée⌝ sur \(X\). Il y a un fibré par translation et le descend par \[ \underset{\omega_0}{\underline{\omega}_0} \subset \underset{\underline{\mathcal{O}}_S}{\mathcal{L}_0} \subset \underset{\omega_0^{-1}\ \text{sur } X}{\mathcal{V}_0}, \qquad (P_0, \sigma_0) \quad P_0 = \mathbb{P}(\mathcal{L}_0) \] \[ \mathcal{L}_0 = (\underline{\mathcal{O}}_H/\mathcal{J}^{3})^{+}, \quad \mathcal{J} \text{ id.\ d'augm.\ de } H \] Alors les conn. projectives ⌜invariantes sous \(H\)⌝ sont en corresp. 1–1 avec ⌜les sections d'⌝un certain sous-torseur […] de \(\mathcal{V}_0 \otimes \underline{\omega}_0\) sous \(\underline{\omega}_0 \otimes \underline{\omega}_0 = \underline{\omega}_0^{2}\), se projetant sur la section \(1\) de \(\underline{\omega}_0^{-1} \otimes \underline{\omega}_0 \simeq \underline{\mathcal{O}}_S\), [formée des sections ⌜locales⌝ […] de \(\mathcal{V}_0 \otimes \underline{\omega}_0\) qui sont compatibles à \(\mathcal{L}_0 \otimes \underline{\omega}_0\), ⌜suivant celle de Hausdorff⌝] on a […] l'ensemble canonique de \[ \mathcal{V}_0 \simeq \underline{\omega}_0 \oplus \underline{\mathcal{O}}_S \oplus \underline{\omega}_0^{-1} \] […] […] suivant sous la forme \[ \omega_2 + \omega_1 + 1 \in \Gamma(\underline{\omega}_0^{2} + \underline{\omega}_0 + \underline{\mathcal{O}}_S). \] Les sections de ce sous-torseur correspondent aux sections de \(\mathbb{P}(\omega_0 + \omega_0^{-1})\) qui ne disparaissent […] de la section canonique déduite de \(\omega_0 \subset \omega_0 \oplus \omega_0^{-1}\), — […] […] aux scindages de \(0 \to \omega_0 \to \omega_0 \oplus \omega_0^{-1} \to \omega_0^{-1} \to 0\). Il y a donc une canonique parmi elles -ci celle de Campbell-Hausdorff) correspondant à la section \(0 + 0 + 1\) de \(\mathcal{V}_0 \otimes \underline{\omega}_0\). Elle est caractérisée ⌜parmi les conn. proj. inv.⌝ ⌜loc. sur \(S(\ell)\)⌝ par la condition que […] l'on puisse trouver un \(P\) une section ⌜invariante par translations⌝ (du groupe structural […]) à \(G_m\), i.e. qu'on puisse trouver une

[…] […] […] […] \([\underline{\mathcal{O}}_S] \subset \mathcal{L}_0\) correspond aux parties d'ordre 2 des fonctions […] invariantes ; on a \([\underline{\mathcal{O}}_S] \otimes \underline{\omega}\), […] […] : \(\omega_0 \to \mathcal{L}_0 \otimes \omega_0\) […] […] […] […] […] […] \(\mathbb{V}(\omega)\) […] […] […] deux notes marginales à gauche ; la seconde, écrite verticalement, à peu près illisible

139\(G\)-extension sur \(X\) invariante par translation \[ 0 \longrightarrow \underline{\omega}_X \longrightarrow F \longrightarrow \underline{\mathcal{O}}_X \longrightarrow 0 \] et un \(G\)-iso. \(P \simeq \mathbb{P}(F)\) (\(\simeq \overline{\mathbb{V}(\mathcal{T})}\), où \(\mathcal{T}\) est le \(G\)-torseur associé sur \(\underline{\mathcal{O}}_X\), avec la structure tautologique de \(\underline{\omega}_X\) définie par l'extension …) [La ⌜trace \(\sigma'\)⌝ section\(/\)de \(P\) qui y correspond est toute disjointe de \(\sigma\), donc correspond à un scindage ⌜(inv. par \(H\))⌝ \(\mathcal{V} \simeq \underline{\omega} \oplus \underline{\mathcal{O}}_X \oplus \underline{\omega}^{-1}\), qu'on peut écrire par celui [que d'abord un scindage […] […] […]] et d'autre un scindage de Campbell-Hausdorff, sur \(S\) déjà canonique …) avec \(\underline{\mathcal{O}}_X + \underline{\omega}^{-1}\) ⌜et \(\underline{\omega}^{-1}\)⌝ (invariant par la connexion), et elle induit […] […] triviale sur le [quotient \(\underline{\mathcal{O}}_X\) […]]. Pour les conn. projectives invariantes, pour lesquelles on dispose de ce que l'on peut dire de la « distinction », il y a \(G\)-réduction (⌜[…]⌝) du groupe structural […] ⌜[…] de⌝ à un sous-groupe du \(G_0 = GP(\mathbb{P}(\underline{\omega}_0 + \underline{\mathcal{O}}_S))/\). Si on est sur un corps alg. clos (S spectre de \(k\)), alors la connexion proj. can. est caractérisée, parmi celles qui sont invariantes, par la condition […] que \(P\) admette une section horizontale ⌜[…] […]⌝ (N.B. en car. \(0\), […] ⌜[…]⌝) […] invariante), toutes les autres en ont exactement deux …

N.B. Si \(H\) est propre sur \(S\), i.e. fibrés connexes (donc \(X/S\) est schéma en courbes elliptiques) alors les connexions projectives sur \(X\) sont toutes inv. par \(H\). Ce qui caractérise donc la conn. proj. canonique parmi toutes les connexions …

[…] […] […] […] […] […] […] […] […] […] le long du bord gauche, sur toute la hauteur de la page, plusieurs colonnes de notes marginales écrites verticalement et reliées par des accolades ; à peu près illisibles. En face de la phrase sur la condition, un « ? » en marge