DM 26: Anneaux Décomposables & Nombre d'Enroulements de Poincaré

Telechargé par tresorndong51
DM 26 : ´
Enonc´e
Il s’agit d’un sujet suppl´ementaire pour votre travail personnel.
Il n’est pas `a rendre.
Un corrig´e sera fourni le vendredi 3 janvier 2025.
Probl`eme 1 : D´ecomposition d’un anneau
Dans ce probl`eme, tous les anneaux consid´er´es sont commutatifs et diff´erents de
l’anneau nul : le mot anneau signifie donc anneau commutatif non nul.
Si Aest un anneau et si xest un ´el´ement de A,
on dit que xest nilpotent si et seulement si il existe nNtel que xn= 0 ;
on dit que xest idempotent si et seulement si x2=x.
Partie I : Anneaux d´ecomposables
1) Lorsque Aest un corps, quels sont ses ´el´ements nilpotents et quels sont ses
´el´ements idempotents ?
2) Quels sont les ´el´ements nilpotents et quels sont ses ´el´ements idempotents de
Z/12Z?
3) Soit Bet Cdeux anneaux et soit (x, y)B×C.
Montrer que (x, y) est idempotent dans l’anneau produit B×Csi et seulement si x
est idempotent dans Bet yest idempotent dans C.
En d´eduire que B×Cposs`ede au moins 4 ´el´ements idempotents distincts.
4) Soit Aun anneau et eun ´el´ement idempotent et non nul de A.
On note Ae ={ae/a A}. Montrer que Ae est un anneau, pour les restrictions `a Ae
des lois de A, mais avec ecomme ´el´ement neutre.
5) Soit Aun anneau et eun ´el´ement idempotent de A, diff´erent de 0 et de 1.
Montrer que 1 eest idempotent et que e(1 e) = 0.
Montrer que l’application ϕ:A[Ae]×[A(1 e)] d´efinie par ϕ(x) = (xe, x(1 e))
est un isomorphisme d’anneaux.
1
6) On dit qu’un anneau est ind´ecomposable si et seulement si il n’est pas isomorphe
au produit cart´esien de deux anneaux.
Montrer qu’un anneau est ind´ecomposable si et seulement si ses seuls ´el´ements idem-
potents sont 0 et 1.
7) Montrer qu’un anneau qui poss`ede un nombre fini d’´el´ements idempotents est
isomorphe au produit cart´esien d’un nombre fini d’anneaux ind´ecomposables.
En d´eduire que le nombre d’´el´ements idempotents d’un tel anneau est de la forme 2n.
Partie II : anneaux locaux
Si Aest un anneau, on notera U(A) l’ensemble de ses ´el´ements inversibles.
On dit que Aest un anneau local si et seulement si A\U(A) est un id´eal de A.
8) Montrer qu’un corps est toujours un anneau local.
9) Montrer que, pour tout kNet ppremier, Z/pkZest un anneau local.
10) Montrer que tout anneau local est ind´ecomposable.
Quels sont les entiers nN, avec n2, tels que Z/nZest un anneau local ?
11) Montrer qu’un anneau Aest local si et seulement si pour tout xA,xou 1 x
est inversible.
Partie III : cas des anneaux finis
Dans toute cette partie, on suppose que Aest un anneau de cardinal fini.
12) Montrer que pour tout xA, il existe nNtel que xnest idempotent.
En d´eduire que, si Aest ind´ecomposable, alors tout ´el´ement de Aest soit inversible,
soit nilpotent.
13) Montrer que Aest local si et seulement si Aest ind´ecomposable.
Cette propri´et´e est-elle encore vraie avec des anneaux de cardinal infini ?
14) Montrer que Aest isomorphe `a un produit cart´esien de corps si et seulement si
Ane poss`ede aucun ´el´ement nilpotent non nul.
15) Pour quels entiers n, avec n2, Z/nZest-il isomorphe `a un produit cart´esien
de corps ?
2
Probl`eme 2 : nombre d’enroulements de Poincar´e
Lorsque fest une application de Rdans R, on dit que c’est un hom´eomorphisme
sur Rsi et seulement si fest bijective et continue. On note Hom l’ensemble des
hom´eomorphismes sur R.
Lorsque fHom, pour tout nN, on notera fn=f · · · f
|{z }
nfois
, et on conviendra que
f0=IdR.
Partie I : groupe d’enroulement de Poincar´e
On note H={fHom /xR, f(x+ 1) = f(x) + 1}.
1) Montrer que fHsi et seulement si fHom et si fIdRest une application
p´eriodique de p´eriode 1.
2) Montrer que Hom et Hsont des groupes.
3) Soit fH. Montrer que pour tout mZet xR,f(x+m) = f(x) + m.
Montrer que fest strictement croissante.
4) V´erifier que x7−x+1
2πsin(2πx) est un ´el´ement de H.
Parmi les applications affines, c’est-`a-dire de la forme x7−ax +b, o`u a, b R,
lesquelles sont dans H?
Partie II : nombre d’enroulements de Poincar´e
Dans cette partie, on fixe fH.
Pour tout nN, on note un=1
n(fnIdR).
5) Soit nNet x, y R.
Lorsque xy < x + 1, montrer que |un(y)un(x)| ≤ 1
n.
Lorsque xet ysont quelconques dans R, montrer que cette in´egalit´e est encore valable.
6) Pour tout n, m N, montrer que unm(0) = 1
m
m1
X
k=0
un(fkn(0)), puis en d´eduire
que |unm(0) un(0)| ≤ 1
n.
Montrer que (un(0))nNest une suite de Cauchy de r´eels, c’est-`a-dire que
ε > 0,NN,p, q [[N, +[[,|up(0) uq(0| ≤ ε.
Nous verrons plus tard, et nous admettrons pour le moment, que toute suite de Cauchy
de r´eels est convergente.
7) On note ρ(f) la limite de la suite (un(0))nN.
3
Pour tout xR, montrer que fn(x)
n
n+ρ(f).
Le r´eel ρ(f) est appel´e le nombre d’enroulements de f.
Partie III : Propri´et´e du nombre d’enroulements
La partie II d´efinit donc une application ρ:HR.
8) Montrer que ρest surjectif.
9) Soit fHtel que, pour tout xR,f(x)> x.
Montrer qu’il existe m > 0 tel que, pour tout xR,f(x)x+m.
En d´eduire que ρ(f)>0.
Si au contraire, pour tout xR,f(x)< x, montrer que ρ(f)<0.
10) Pour tout fH, montrer que ρ(f) = 0 si et seulement si fposs`ede un point
fixe, c’est-`a-dire si et seulement si il existe aRtel que f(a) = a.
Donner la valeur de ρ(h), lorsque hest l’application x7−x+1
2πsin(2πx).
11) Soit fH. Montrer que ρ(f)Qsi et seulement si il existe pZ,qN
et aRtels que fq(a) = a+p.Indication : pour le sens direct, on pourra utiliser la
fonction g:x7−fq(x)p.
Partie IV : Invariance par conjugaison
12) Soit ϕH. Pour tout rR, montrer que ϕ(nr)
n
n+r.
Jusqu’`a la fin de ce probl`eme, on fixe deux ´el´ements fet gdans H.
On suppose qu’il existe ϕHtel que g=ϕ1fϕ: on dit que fet gsont conjugu´es
dans le groupe H.
13) Montrer que ϕ(gn(x))
n
n+ρ(f).
14) Pour tout tR, on note tla partie enti`ere inf´erieure de t.
Soit xR. Pour tout nN, montrer que
ϕ(gn(x))
ngn(x)(g)+ 1
nϕ((g))
nϕ(gn(x))
ngn(x)(g)
n.
En d´eduire que ϕ((g))
n
n+ρ(f), puis que ρ(f) = ρ(g).
15) R´eciproquement, si ρ(f) = ρ(g), fet gsont-elles toujours conjugu´ees dans H?
4
1 / 4 100%
La catégorie de ce document est-elle correcte?
Merci pour votre participation!

Faire une suggestion

Avez-vous trouvé des erreurs dans l'interface ou les textes ? Ou savez-vous comment améliorer l'interface utilisateur de StudyLib ? N'hésitez pas à envoyer vos suggestions. C'est très important pour nous!