MM120 Théorie des nombres Loïc Merel
Année 2013-2014 Dominique Bernardi, Pierre Charollois
Feuille 5
Théorème de Чеботарёв (Tchebotariov, Chebotaryov, Chebotarev, etc.)
Exercice 1 Soit f∈Z[X]\{0}un polynôme non nul à coefficients entiers. Pour tout nombre
premier p, on note np(f) = |{a∈Fp;f(a) = 0}| le nombre de racines distinctes de fmodulo
p. Montrer que le nombre moyen de racines modulo p, c’est-à-dire
lim
X→∞
p<X
np(f)
p<X
1
est égal au nombre de facteurs irréductibles distincts de fdans Q[X]. Si fest produit de fac-
teurs linéaires pour presque tout p, montrer que fest produit de facteurs linéaires dans Q[X]
Exercice 2
a) Soit Xun ensemble de cardinal n > 1, et Gun groupe agissant transitivement sur X. Montrer
qu’il existe σ∈Gtel que ∀x∈X, σ(x)̸=x.
b) Montrer que si f∈Z[X]est irréductible et a un zéro modulo ppour presque tout p, alors f
est de degré 1.
c) Trouver un polynôme unitaire f∈Z[X]de degré minimal tel que fn’ait pas de racine dans
Zmais que fait une racine modulo ppour tout ppremier.
Exercice 3 Montrer que le nombre wKdes racines de l’unité dans un corps de nombres K
est le pgcd des Np−1, où pparcourt les idéaux premiers de caractéristique ≥1+[K:Q].
Exercice 4 Montrer que l’anneau pFpadmet un idéal maximal met un sous-anneau B⊃m
tels que B/msoit une clôture algébrique de Q.
Exercice 5
a) Soit (Xn)n∈Nune suite d’ensembles de nombres premiers disjoints. On suppose que chaque
Xna une densité dn. Peut-on en conclure que X=∪nXna pour densité ndn?
b) Soit (Yn)n∈Nune autre suite d’ensembles de nombres premiers disjoints entre eux et des Xn
de densité entelle que ndn+nen= 1. Montrer que Xa pour densité ndn.
Exercice 6 Pour tout nombre premier p̸= 2,5, notons dpla période du développement déci-
mal de 1/p. Montrer que l’ensemble des ptels que dpest impair a une densité et calculer cette
densité. On pourra montrer que la condition sur péquivaut à l’existence d’un entier r≥1tel
que pest totalement décomposé dans Q(ζ2r,2r
√10) mais pas dans Q(ζ2r+1 ,2r
√10).
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