Courbe affine/ Courbe projective

Bonjour à tout-e-s !
Dans le cadre de mon travail sur les courbes elliptiques, je passe sans arrêt de la représentation affine d'une courbe à sa représentation projective, et vice-versa. Seulement, je ne comprends pas pourquoi on a le droit de faire ça. Car dans mon cours sur la géométrie projective, on m'a appris que "le projectif est comme l'affine, où on rajoute des points à l'infini". Cette "définition" est pratique pour visualiser ce qu'il se passe, mais concrètement je ne comprends pas pourquoi on peut passer de l'un à l'autre de manière bijective.
De manière plus rigoureuse, si on pose $U_i=\lbrace [x_1:\cdots:x_n] \mid x_i \neq 0\rbrace$, on a cette bijection : $$\begin{array}{rccl}
\Phi_i:& K^n&\longrightarrow &U_i\subsetneq P^n \\
&(x_1,\ldots,x_n)&\longmapsto &[x_1:\cdots:x_{i-1},1,x_{i}:\cdots:x_n]
\end{array}$$ On trouve facilement son inverse : $$ \begin{array}{rccl}
\Phi_i^{-1}:&U_i&\longrightarrow &K^n \\
&[x_1:\cdots:x_{i}:\cdots:x_n] &\longmapsto &\big(\frac{x_1}{x_i},\ldots,\frac{x_{i-1}}{x_i},\frac{x_{i+1}}{x_i},\ldots,\frac{x_n}{x_i}\big)
\end{array}
$$ Dans certains livres, ils appellent cette bijection un isomorphisme, sauf que la structure de $K^n$ n'est pas du tout la même que celle de $P^n$..
Enfin voilà je suis un peu perdue, pouvez-vous me donner exactement la correspondance entre les courbes affines et les courbes projectives ? Car par exemple une courbe elliptique est par définition une courbe projective, mais pourtant on regarde sa représentation affine pour y définir une loi de groupe.
Merci d'avance !!

Réponses

  • L'isomorphisme (birégulier) est entre $K^n$ et $U_i$, pas entre $K^n$ et $P^n$ (avec tes notations). C'est un isomorphisme de variétés algébriques.

    Soit $U_i$ une carte affine de $P^n$. Si $V$ est une sous-variété irréductible de $P^n$ qui n'est pas contenue dans l'hyperplan à l'infini de la carte affine $P^n\setminus U_i$, alors $V\cap U_i$ est Zariski-dense (ça devrait te dire quelque chose, vu ton alias) dans $V$, autrement dit $V$ est la clôture de Zariski de $V\cap U_i$ dans $P^n$.
  • Oui j'ai ça aussi (je voulais le marquer d'ailleurs j'ai oublié!):

    Définition:
    Soit $P=P(X,Y)\in K[X,Y]$. On appelle $\bar{P}$ l'homogénéisé de $P$ défini ainsi: $$\bar{P}(X,Y,Z)=Z^dP(X/Z,Y/Z)$$ où $d$ est le degrés de $P$.

    Définition
    Soit $V=V((P_i)_{i \in I})$ un ensemble algébrique affine de $K^{n}$, que l'on voit en tant que sous ensemble de $P^n$. On définit la clôture projective de $V$, noté $\bar{V}$, l'ensemble algébrique projectif suivant:
    $$\bar{V}=\lbrace P\in P^n \mid \bar{P_i}(P)=0 \text{ , } \forall i\in I \rbrace$$
    Proposition
    Soit $V$ une variété affine. Alors $\bar{V}$ est une variété projective, et $V=\bar{V}\cap A^n$.\\
    Soit $V$ une variété projective. Alors $V\cap A^n$ est une variété affine et $\overline{V \cap A^n}=V$.

    Pourquoi cela suffit pour définir la loi de groupe d'une courbe elliptique (donc projective) à partir de sa représentation affine ?
    Et qu'est-ce que c'est un isomorphisme de variétés algébriques ? Sur Wikipédia ils parlent de faisceaux.. Je n'ai pas étudié ça ? Est-ce que j'en ai besoin pour comprendre cette notion ?
  • Combien de points manquent-ils à ta courbe elliptique affine par rapport à sa projectivisée ? Au passage je ne vois pas comment tu as pu obtenir une loi de groupe sur ta courbe sans élément neutre, qui se trouve être le point à l'infini en général, qui n'est pas sur la courbe affine...
  • Un morphisme de variétés algébriques de $V$ dans $W$ est une application régulière de $V$ dans $W$, c.-à-d. qui s'exprime localement pour la topologie de Zariski comme une fraction rationnelle dont le dénominateur ne s'annule pas (en coordonnées homogènes, comme quotient de deux polynômes homogènes de même degré). Les $\Phi_i$ et $\Phi_i^{-1}$ que tu as décrit plus haut sont des morphismes réguliers. C'est plus propre quand on parle d'espaces annelés en utilisant le langage des faisceaux, mais bon ...
  • Je sais que la réponse est "il manque les points à l'infini", mais je ne trouve pas que ce que j'ai dis avant m'en donne une preuve formelle :/ Je me suis embrouillée pour la loi de groupe enfaite je pense, car je pensais que dans la preuve on utilisait la représentation graphique de la courbe (donc en affine) mais enfaite non, ce que l'on utilise est le théorème de Bezout, qui s'applique donc en projectif. Mais enfaite, mon problème est que j'ai l'impression que l'on pert en généralité quand on représente une courbe elliptique de manière affine. Je tourne un peu en rond là..
  • Salut,

    Une question : histoire d'être terre à terre.

    Disons que l'on prend la courbe $E : y^2=x^3-x$ dans l'espace affine. sur $\C$.

    Est-ce que tu peux nous dire combien de points manquant ?
  • Salut!
    Je pense avoir compris.

    Je considère le polynôme homogène asoscié à $E$: $y^2z-x^3+xz^2$. Je cherche les points $[x:y:z]$ de cette courbe. Si $z=0$, celà entraine que $x=0$ et donc le point est de la forme $[0:1:0]$. Si $z\neq 0$, alors on peut chercher le point sous la forme $[\tilde{x}: \tilde{y}:1]$ et là on retrouve un point du plan.
    Réciproquement, si on cherche les points $(x,y)$ de la courbe $E$ dans le plan, pour passer au projectif on considère les points $[x:y:1]$ et on a bien $(x,y)\in E$ implique $y^2z=x^3-xz^2$, i.e $[x:y:1]$ racine du polynôme homogène associé.
    En gros il ne manque qu'un point, $[0:1:0]$.
  • Salut,

    Tu peux également écrire la loi d'addition avec des formules histoires de voir à quoi ça ressemble. Si tu les écris, on pourra voir les histoires de points d'inflexions de deux manières.

    Ou sinon, une autre question : est-ce que tu peux calculer les points $P := [x,y,z]$ de la courbe $E$ tel que $P+P=0$ (avec l’addition de la courbe).

    PS. Je suppose que tu t'intéresses aux courbes elliptiques vu les dernières questions que tu as posées ?
  • Oui je vais peut-être m'interesser un peu plus aux formules!
    Oui du coup avec les formules je vais pouvoir le faire je pense, mais je ne vois pas le rapport pour l'instant ?
    Oui je travaille sur ça :)
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