Théorie de Hodge et variétés hyper-kählériennes

Hodge Theory, Algebraic Cycles of Hyper-Kähler Manifolds

• Auteur / Autrice : Chenyu Bai
• Direction : Claire Voisin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques
• Date : Soutenance le 14/06/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mathématiques de Paris centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mathématiques de Jussieu-Paris Rive Gauche (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Debarre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gianluca Pacienza, Emanuele Macrì, Radu Laza
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ekaterina Amerik, Gian Pietro Pirola
• DOI : 10.70675/8d769e2azf999z476ez82dczc3ab1ed51171

Mots clés

Mots clés contrôlés

Variétés de Calabi-Yau

Variétés kählériennes

Théorie de Hodge

Cycles algébriques

Mots clés libres

Variétés hyper-kählériennes

Variétés de Calabi-Yau strictes

Conjectures de Voisin

Familles lagrangiennes

Degré d’irrationalité

Applications de Voisin

Théorie de Hodge

Hyper-Kähler manifolds

Strict Calabi-Yau manifolds

Voisin conjectures

Lagrangian families

Degree of irrationality

Voisin maps

Hodge Theory

Résumé

Cette thèse est consacrée à l'étude des cycles algébriques dans les variétés hyper-Kähleriennes projectives et les variétés de Calabi-Yau strictes. Elle contribue à la compréhension des conjectures de Beauville et de Voisin sur les anneaux de Chow des variétés hyper-kählériennes projectives et des variétés de Calabi-Yau strictes. Elle étudie également certains invariants birationnels des variétés hyper-kählériennes projectives.La première partie de la thèse, parue dans Mathematische Zeitschrift [C. Bai, On Abel-Jacobi maps of Lagrangian families, Math. Z. 304, 34 (2023)] et présentée dans le chapitre 2, étudie si les sous-variétés lagrangiennes dans une variété hyper-kählérienne partageant la même classe cohomologique ont également la même classe de Chow. Nous étudions la notion de familles lagrangiennes et ses applications aux applications d'Abel-Jacobi associées. Nous adoptons une approche infinitésimale pour donner un critère de trivialité de l'application d'Abel-Jacobi d'une famille lagrangienne, et utilisons ce critère pour donner une réponse négative à la question précédente, ajoutant aux subtilités d'une conjecture de Voisin. Nous explorons également comment la maximalité de la variation des structures de Hodge sur la cohomologie de degré 1 de la famille lagrangienne implique la trivialité de l'application d'Abel-Jacobi. La deuxième partie de la thèse, à paraître dans International Mathematics Research Notices [C. Bai, On some birational invariants of hyper-Kähler manifolds, ArXiv: 2210.12455, to appear in International Mathematics Research Notices, 2024] et présentée dans le chapitre 3, étudie le degré d'irrationalité, la gonalité fibrante et le genre fibrant des variétés hyper-kählériennes projectives. Nous commençons par donner une légère amélioration d'un résultat de Voisin sur la borne inférieure du degré d'irrationalité des variétés hyper-kählériennes générales de Mumford-Tate. Nous étudions ensuite la relation entre les trois invariants birationnels susmentionnés pour les surfaces K3 projectives de nombre de Picard 1, rajoutant la compréhension sur une conjecture de Bastianelli, De Poi, Ein, Lazarsfeld, Ullery sur le comportement asymptotique du degré d'irrationalité des surfaces K3 projectives très générales. La troisième partie de la thèse, présentée dans le chapitre 4, étudie les applications de Voisin de dimension supérieure sur les variétés de Calabi-Yau strictes. Voisin a construit des applications auto-rationnelles de variétés de Calabi-Yau obtenues comme des variétés de r-plans dans des hypersurfaces cubiques de dimension adéquate. Cette application a été largement étudiée dans le cas r=1, qui est le cas de Beauville-Donagi. Dans les cas de dimensions supérieures, nous étudions d'abord l'action de l'application de Voisin sur les formes holomorphes. Nous démontrons ensuite la conjecture de Bloch généralisée pour l'action des applications de Voisin sur les groupes de Chow dans le cas de r=2. Enfin, via l'étude de l'application de Voisin, nous apportons des éléments de preuve à une conjecture de Voisin sur l'existence d'un 0-cycle spécial sur les variétés de Calabi-Yau strictes.

This thesis is devoted to the study of algebraic cycles in projective hyper-Kähler manifolds and strict Calabi-Yau manifolds. It contributes to the understanding of Beauville's and Voisin's conjectures on the Chow rings of projective hyper-Kähler manifolds and strict Calabi-Yau manifolds. It also studies some birational invariants of projective hyper-Kähler manifolds.The first part of the thesis, appeared in Mathematische Zeitschrift [C. Bai, On Abel-Jacobi maps of Lagrangian families, Math. Z. 304, 34 (2023)] and presented in Chapter 2, studies whether the Lagrangian subvarieties in a hyper-Kähler manifold sharing the same cohomological class have the same Chow class as well. We study the notion of Lagrangian families and its associated Abel-Jacobi maps. We take an infinitesimal approach to give a criterion for the triviality of the Abel-Jacobi map of a Lagrangian family, and use this criterion to give a negative answer to the above question, adding to the subtleties of a conjecture of Voisin. We also explore how the maximality of the variation of the Hodge structures on the degree 1 cohomology the Lagrangian family implies the triviality of the Abel-Jacobi map. The second part of the thesis, to appear in International Mathematics Research Notices [C. Bai, On some birational invariants of hyper-Kähler manifolds, ArXiv: 2210.12455, to appear in International Mathematics Research Notices, 2024] and presented in Chapter 3, studies the degree of irrationality, the fibering gonality and the fibering genus of projective hyper-Kähler manifolds, with emphasis on the K3 surfaces case, en mettant l'accent sur le cas des surfaces K3. We first give a slight improvement of a result of Voisin on the lower bound of the degree of irrationality of Mumford-Tate general hyper-Kähler manifolds. We then study the relation of the above three birational invariants for projective K3 surfaces of Picard number 1, adding the understandinf of a conjecture of Bastianelli, De Poi, Ein, Lazarsfeld, Ullery on the asymptotic behavior of the degree of irrationality of very general projective K3 surfaces. The third part of the thesis, presented in Chapter 4, studies the higher dimensional Voisin maps on strict Calabi-Yau manifolds. Voisin constructed self-rational maps of Calabi-Yau manifolds obtained as varieties of r-planes in cubic hypersurfaces of adequate dimension. This map has been thoroughly studied in the case r=1, which is the Beauville-Donagi case. For higher dimensional cases, we first study the action of the Voisin map on the holomorphic forms. We then prove the generalized Bloch conjecture for the action of the Voisin maps on Chow groups for the case of r=2. Finally, via the study of the Voisin map, we provide evidence for a conjecture of Voisin on the existence of a special 0-cycle on strict Calabi-Yau manifolds.