M2R – Un peu d’algèbre commutative – Université Lyon I – 2012-2013 5
Exercice 1 Les sous-k−algèbres de k[X]sont de type fini sur k(donc nœ-
thériennes) Indication : si P∈k[X]est un polynôme non constant, alors le
k[P]−module k[X]est de type fini.
1.4 Lemme de Nakayama
Lemme 1.7 (de Nakayama) Soit Mun A−module de type fini. Soit aun
idéal de A. Si aM=M, alors il existe x∈atel que (1 + x)M= 0. En
particulier, si aest contenu dans tous les idéaux maximaux de Aet si aM=M,
alors M= 0.
Contre-exemple : soient pun nombre premier, A=(p):= {m/n :pne divise pas n},
M=Q. On a M=pM mais M= 0.
Corollaire 1.7.1 Soit Aun anneau local d’idéal maximal m. On pose k=A/m.
Soit Mun A−module de type fini. Si a1, ...an∈M, alors a1, ..., anengendrent
Mcomme A−module ⇔a1+mM, ..., an+mM engendrent M/mM comme
k−ev.
Corollaire 1.7.2 Soit Aun anneau local d’idéal maximal m. Le nombre mini-
mal de générateur de mest la dimension du k−ev m/m2où k=A/m.
Exercice 2 Soit Mun A−module de type fini. Soit u∈EndA(M)un endo-
morphisme surjectif. Alors uest injectif. Indication : considérer Mcomme un
A[X]−module en posant P(X).m := P(u)(m)pour tout P(X)∈A[X]et vérifier
que (X)M=M.
Théorème 1.8 (de l’intersection de Krull) Soit Aun anneau nœthérien.
Soit aun idéal contenu dans tous les idéaux maximaux de A. Alors n≥1an= 0.
Contre-exemple : Soit Al’anneau des germes des fonctions C∞au voisinage de
0. Soit ml’idéal des fonctions nulles en 0. Alors n≥0mn= 0. En effet, dans ce
cas, n≥0mn= 0 est le germe des fonctions C∞au voisinage de 0dont toutes
les dérivées supérieures s’annulent en 0; or, il existe une fonction fC∞sur R
telle que f(x) = e−1/x si x= 0 et f(n)(0) = 0 pour tout n≥0.
Démonstration : D’après le lemme de Nakayama, il suffit de vérifier que
an≥1an=n≥1an.
Soient a1, ..., ar∈Ades générateurs de A. Pour tout m≥0soit Sml’en-
semble des polynômes f∈A[X1, ..., Xr]homogènes de degré mtels que :
f(a1, ..., ar)∈
n≥1
an.
L’idéal Iengendré par tous les Smest de type fini car A[X1, ..., Xr]est
nœthérien. Soient f1, ..., fkdes générateurs homogènes (c’est possible de choisir
les générateurs homogènes (exo) ) de Ide degrés respectifs n1, ..., nk. Soit x∈
n≥1an. Soit m > max ni. Comme x∈am, il existe un polynôme homogène
f∈A[X1, ..., Xr]de degré mtel que x=f(a1, ..., ar). On a f∈I. Donc il existe
des polynômes λi∈A[X1, ..., Xr]tels que
f=
i
λifi.