dd’après la Proposition 3.1. En effet, ces éléments engendrent l’unique sous-groupe d’ordre n
d
de Z/nZ. La formule est alors claire.
Corollaire 3.2. L’anneau Z/nZest un corps si et seulement si nest premier.
Quelques applications (de la Proposition 3.1 et du Corollaire 3.2) :
1) Soit a∈Ztel que pgcd(a, n)=1. Alors aϕ(n)≡1 mod n. En particulier, si n=pest
premier, alors ϕ(p) = p−1et ap−1≡1 mod ppour tout p-a(petit Théorème de Fermat). On
en déduit que pour tout a∈Z, on a ap≡amod p.
2) Théorème de Wilson ([Francinou-Gianella, page 81 et plus]). Soit n∈N∗. Alors nest
premier si et seulement si (n−1)! ≡ −1 mod n.
(Si n=pest premier, avec p>3(pour p= 2, le résultat est clair), on regroupe les éléments de
(Z/pZ)×avec leur inverse. L’équation x2= 1 a au plus deux solutions car Z/pZest un corps. Elle
en a exactement deux puisque 16=−1(p6= 2) or ce sont deux solutions de x2= 1. On en déduit
que 2· · · p−2=1dans Z/pZ, d’où (p−1)! ≡p−1≡ −1 mod p. Réciproquement, supposons
n|(n−1)! + 1. Si nn’est pas premier, alors il existe 0< a < n tel que a|n. Donc adivise (n−1)!
et par hypothèse adivise (n−1)! + 1 d’où la contradiction.)
4 Théorème Chinois
Théorème 4.1 (Théorème Chinois).Soient m1, . . . , mkdes entiers >0, et
π:Z−→ Z/m1Z× ··· × Z/mkZ
le morphisme naturel d’anneaux. On a
ker π=hm1i ∩ . . . ∩ hmki=hppcm(m1, . . . , mk)i=hδi,
d’où une factorisation (cf. Théorème 8.4),
Z//
!!
Z/m1Z× ··· × Z/mkZ
Z/δZ)π
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Si m1, . . . , mksont deux à deux premiers entre eux, alors δ=m1···mk, et les cardinaux de
Z/δZet Z/m1Z× ··· × Z/mkZcoïncident. Par suite, πest un isomorphisme.
En pratique, c’est l’existence de π−1qui est utile. Explicitons π−1.
Soient x1, . . . , xkdes entiers. Il s’agit de chercher x∈Ztel que x≡ximod mipour tout
i= 1, . . . , k On a pgcd(mi,Qj6=imj) = 1. D’après Bézout, il existe donc (ai, bi)∈Z2tels que
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