Images et fibres des applications rationnelles et algèbres d'éclatement

par Quang Hoa Tran

Thèse de doctorat en Mathématiques

Sous la direction de Marc Chardin.

Soutenue le 17-11-2017

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale de Sciences mathématiques de Paris Centre (Paris) , en partenariat avec Institut de Mathématiques de Jussieu - Paris Rive gauche - UMR 7586 (laboratoire) .

Le président du jury était Alexandru Dimca.

Le jury était composé de Laurent Busé, Antoine Ducros.

Les rapporteurs étaient Alexandru Dimca.


  • Résumé

    Les applications rationnelles sont des objets fondamentaux en géométrie algébrique. Elles sont utilisées pour décrire certains objets géométriques, tels que la représentation paramétrique d'une variété algébrique rationnelle. Plus récemment, les applications rationnelles sont apparues dans des contextes d'informatique pour l'ingénierie, dans le domaine de la modélisation de formes, en utilisant des méthodes de conception assistée par ordinateur pour les courbes et les surfaces. Des paramétrisations des courbes et des surfaces sont utilisées de manière intensive afin décrire des objets dans la modélisation géométrique, tel que structures des voitures, des avions. Par conséquent, l'étude des applications rationnelles est d'intérêt théorique dans la géométrie algébrique et l'algèbre commutative, et d'une importance pratique dans la modélisation géométrique. Ma thèse étudie les images et les fibres des applications rationnelles en relation avec les équations des algèbres de Rees et des algèbres symétriques. Dans la modélisation géométrique, il est important d'avoir une connaissance détaillée des propriétés géométriques de l'objet et de la représentation paramétrique avec lesquels on travaille. La question de savoir combien de fois le même point est peint (c'est-à-dire, correspond à des valeurs distinctes du paramètre), ne concerne pas seulement la variété elle-même, mais également la paramétrisation. Il est utile pour les applications de déterminer les singularités des paramétrisations. Dans les chapitres 2 et 3, on étudie des fibres d'une application rationnelle de P^m dans P^n qui est génériquement finie sur son image. Une telle application est définie par un ensemble ordonné de (n+1) polynômes homogènes de même degré d. Plus précisément, dans le chapitre 2, nous traiterons le cas des paramétrisations de surfaces rationnelles de P^2 dans P^3, et y donnons une borne quadratique en d pour le nombre de fibres de dimension 1 de la projection canonique de son graphe sur son image. Nous déduisons ce résultat d'une étude de la différence du degré initial entre les puissances ordinaires et les puissances saturées. Dans le chapitre 3, on affine et généralise les résultats sur les fibres du chapitre précédent. Plus généralement, nous établissons une borne linéaire en d pour le nombre de fibres (m-1)-dimensionnelles de la projection canonique de son graphe sur son image, en utilisant des idéaux de mineurs de la matrice jacobienne.Dans le chapitre 4, nous considérons des applications rationnelles dont la source est le produit de deux espaces projectifs.Notre principal objectif est d'étudier les critères de birationalité pour ces applications. Tout d'abord, un critère général est donné en termes du rang d'une couple de matrices connues sous le nom "matrices jacobiennes duales". Ensuite, nous nous concentrons sur des applications rationnelles de P^1 x P^1 vers P^2 en bidegré bas et fournissons de nouveaux critères de birationalité en analysant les syzygies des équations de définition de l'application; en particulier en examinant la dimension de certaines parties bigraduées du module de syzygies. Enfin, les applications de nos résultats au contexte de la modélisation géométrique sont discutées à la fin du chapitre.

  • Titre traduit

    Images and fibers of rational applications and burst algebra


  • Résumé

    Rational maps are fundamental objects in algebraic geometry. They are used to describe some geometric objects,such as parametric representation of rational algebraic varieties. Lately, rational maps appeared in computer-engineering contexts, mostly applied to shape modeling using computer-aided design methods for curves and surfaces. Parameterized algebraic curves and surfaces are used intensively to describe objects in geometric modeling, such as car bodies, airplanes.Therefore, the study of rational maps is of theoretical interest in algebraic geometry and commutative algebra, and of practical importance in geometric modeling. My thesis studies images and fibers of rational maps in relation with the equations of the symmetric and Rees algebras. In geometric modeling, it is of vital importance to have a detailed knowledge of the geometry of the object and of the parametric representation with which one is working. The question of how many times is the same point being painted (i.e., corresponds to distinct values of parameter), depends not only on the variety itself, but also on the parameterization. It is of interest for applications to determine the singularities of the parameterizations. In the chapters 2 and 3, we study the fibers of a rational map from P^m to P^nthat is generically finite onto its image. More precisely, in the second chapter, we will treat the case of parameterizations of algebraic rational surfaces. In this case, we give a quadratic bound in the degree of the defining equations for the number of one-dimensional fibers of the canonical projection of the graph of $\phi$ onto its image,by studying of the difference between the initial degree of ordinary and saturated powers of the base ideal. In the third chapter, we refine and generalize the results on fibers of the previous chapter.More generally, we establish a linear bound in the degree of the defining equations for the number of (m-1)-dimensional fibers of the canonical projection of its graph onto its image, by using ideals of minors of the Jacobian matrix.In the fourth chapter, we consider rational maps whose source is a product of two subvarieties, each one being embedded in a projective space. Our main objective is to investigate birationality criteria for such maps. First, a general criterion is given in terms of the rank of a couple of matrices that came to be known as "Jacobian dual matrices". Then, we focus on rational maps from P^1 x P^1 to P^2 in very low bidegrees and provide new matrix-based birationality criteria by analyzing the syzygies of the defining equations of the map, in particular by looking at the dimension of certain bigraded parts of the syzygy module. Finally, applications of our results to the context of geometric modeling are discussed at the end of the chapter.


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