Preuve. Notons n= 2rpα1
1. . . pαs
sla d´ecomposition de nen produit de facteurs premiers et
supposons par l’absurde qu’il existe ktel que αk≥2. L’entier n´etant alors divisible par p2
kil est
facile de voir que le polygone r´egulier `a p2
kcˆot´es est constructible. Calculons maintenant le degr´e
d’alg´ebricit´e de z= exp(2iπ/p2
k). Tout d’abord, en notant respectivement xet yles parties r´eelle
et imaginaire de z, il r´esulte du th´eor`eme 2.3 que
[Q(x, y, i) : Q] = [Q(x, y, i) : Q(x, y)] [Q(x, y) : Q] = 2 ×[Q(x, y) : Q]
est une puissance de 2. En tant que sous-corps de Q(x, y, i), le corps Q(z) est donc, en vertu de la
formule de multiplicativit´e des degr´es, une extension de degr´e 2qde Q, avec q∈N. On consid`ere
maintenant le polynˆome
P(X) = X(pk−1)pk+··· +X2pk+Xpk+ 1.
En prenant la r´eduction modulo pde P(X+ 1), une simple application du crit`ere d’Eisenstein
permet d’´etablir l’irr´eductibilit´e de P. Comme de plus P(z) = 0, le polynˆome Pest le polynˆome
minimal de zsur Q. En particulier, zest alg´ebrique de degr´e 2q= (pk−1)pkce qui, compte tenu
de l’imparit´e de pk, est absurde. En d´efinitive, k= 1 et n= 2rp1. . . ps.
L’id´ee pour montrer que pkest un nombre de Fermat est la mˆeme que pr´ec´edemment en
raisonnant cette fois sur le degr´e d’alg´ebricit´e de z= exp(2iπ/pk). En utilisant tout d’abord la
constructibilit´e du polygone r´egulier `a pkcˆot´es, on obtient d’apr`es le th´eor`eme 2.3 l’existence d’un
entier q≥0 tel que [Q(z) : Q] = 2q. Le polynˆome minimal de z´etant par ailleurs donn´e par
P(X) = Xpk−1+··· +X+ 1
il en r´esulte que pk= 2q+ 1. Si qn’est pas une puissance de 2, qpeut s’´ecrire q=p m avec p
impair. Les polynˆomes Xp+ 1 et X+ 1 s’annulant tous deux pour X=−1, l’entier 2m+ 1 divise
pk= 2q+ 1 ce qui contredit la primalit´e de pk. En conclusion, qest une puissance de 2 et pkun
nombre de Fermat.
3. Condition suffisante de constructibilit´e.
D´efinition 3.1 Le groupe de Galois d’une extension de corps K⊂L, not´e Gal(L|K), est le
groupe des K-automorphismes de L, i.e. des automorphismes σ:L−→ Ltels que pour tout
x∈K,σ(x) = x. [2], Sect. 8.5
Lemme 3.2 Etant donn´e Gun p-groupe d’ordre pnil existe une suite G0⊂ ··· ⊂ Gnde sous-
groupes distingu´es de Gtels que |Gi|=pipour tout 0 ≤i≤n. [3], Ex. 1.4
Th´eor`eme 3.3 Soient Lun sous-corps de Ret (x, y) un ´el´ement de L2. Si l’extension Q⊂Lest
normale de degr´e une puissance de 2 alors le point de coordonn´ees (x, y) est constructible `a la
r`egle et au compas. [3], Ex 4.14
Preuve. Posons G= Gal(L|Q). L’extension Q⊂L´etant normale, il r´esulte du th´eor`eme de
correspondance de Galois que |G|= [L:Q] = 2n. En particulier, d’apr`es le lemme 3.2, il existe
une suite croissante G0⊂ ··· ⊂ Gnde sous-groupes distingu´es de Gtels que |Gi|= 2ipour tout
0≤i≤n. Notons Ki= inv(Gn−i) le corps des invariants de Gn−isoit
Ki={x∈L:σ(x) = xpour tout σ∈Gn−i}.
Il est clair que K0=Qet Kn=L. Par ailleurs, comme (Gn−i:Gn−i−1) = 2, Gn−i−1est ´egalement
distingu´e dans Gn−i. Une nouvelle application du th´eor`eme de correspondance nous permet alors
d’affirmer que
[Ki+1 :Ki] = |Gal(Ki+1 |Ki)|= (Gn−i:Gn−i−1) = 2.
Il r´esulte alors du th´eor`eme 2.1 que les ´el´ements de Lsont constructibles.