Dans le cas o`u nest premier, on retrouve ainsi le petit th´eor`eme de Fermat, d´ej`ad´emontr´e
par des m´ethodes ´el´ementaires.
Corollaire 1 (petit th´eor`eme de Fermat). Soit pun nombre premier, soit k∈Z,k
premier avec n. Alors on a
kp−1≡1modp.
Corollaire 2 (th´eor`eme de Wilson). Soit p∈N,p≥2.Alors les deux propri´et´es suivantes
sont ´equivalentes :
1) pest un nombre premier.
2) (p−1)! ≡−1modp.
D´emonstration. La propri´et´e 2) est ´evidemment remplie pour p=2.Supposons d´esormais
p≥3.
a) Supposons ppremier, p=2.
On consid`ere la partition de U(Z/nZ) obtenue en regroupant dans une classe chaque
´el´ement et son inverse.
Cherchons les classes ne comportant qu’un seul ´el´ement, c’est-`a-dire les k∈U(Z/pZ)
tels que k=k−1,c’est-`a-dire k2= 1,c’est-`a-dire (k−1)(k+1) = 0.Comme pest
premier, on obtient deux solutions k=1etk=−1 et comme p=2,ces solutions
sont distinctes. D’o`u
k∈U (Z/pZ)
k=−1 (en effet si on fait le produit en regroupant
les ´el´ements par classes, les classes `a deux ´el´ements vont avoir une contribution ´egale
`a 1 dans le produit).
D’o`u(p−1)! ≡−1modp.
b) R´eciproquement, supposons pnon premier. On a alors p=a.b avec
1<a<p, 1<b<p. Supposons qu’il existe k∈Ztel que
(p−1)!+1=kp.
Mais alors adivise kp et (p−1)! donc divise 1, ce qui est impossible.
Exercice. Soit pun nombre premier.
1) On suppose p≡1mod4.En utilisant le th´eor`eme de Wilson, trouver α∈Z/pZtel que
α2=−1.
2) R´eciproquement, montrer que s’il existe α∈Z/pZtel que α2=−1,alors on a
p≡1mod4.
II - R´
esolutions pratiques de certaines ´
equations
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1. Algorithme d’Euclide et th´eor`eme de Bezout.
Rappel. Soient aet bdes entiers non nuls, alors ∃δ∈N,δ= 0 tel que Za+Zb=Zδ.
Onad´ej`a vu que l’on a δ= PGCD(a, b),ce qui permet de retrouver le th´eor`eme de Bezout :
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