28 Forme faible du th´
eor`
eme de Dirichlet
Soit pun nombre premier et a∈Ztels que pdivise Φn(a) mais ne divise aucun Φd(a) pour tout diviseur
dde n. Comme pdivise Φn(a), pdivise aussi an−1 donc l’ordre de la classe ade adans U(Z/pZ) divise
n. Si ddivise nstrictement alors
ad−1 = Y
d0|d
Φd0(a)
dans Z/pZ. Mais si d0divise do`u dest un diviseur de nalors d0divise net par hypoth`ese, on a donc
Φd0(a)6= 0. Comme Z/pZest un corps, il s’ensuit que le produit des Φd0(a) est non nul i.e. ad6= 1.
Ainsi, on a an= 1 et ad6= 1 pour tout diviseur dde ndonc l’ordre de adans U(Z/pZ) est exactement
n. D’autre part, cet ordre divise l’ordre du groupe i.e. ndivise p−1 et le nombre premier pest donc de
la forme kn + 1 avec kentier.
Supposons maintenant qu’il n’existe qu’un nombre fini de premiers congrus `a 1 modulo n, on les note
p1, . . . , pq. On pose N=np1··· , pq, d’apr`es ce qui pr´ec`ede, il suffit de trouver un nombre premier pet
un entier atel que pdivise ΦN(a) mais ne divise aucun Φd(a) pour tout diviseur dde N. On pose
B=Y
d|N
d<N
Φ(d),
i.e. il s’agit de trouver ppremier et a∈Ztels que pdivise ΦN(a) mais ne divise pas B(a). Les polynˆomes
Bet ΦNsont tous deux `a coefficients dans Qet n’ont aucune racine commune dans C(o`u ils sont scind´es)
donc Bet ΦNsont premiers entre eux dans Qet, d’apr`es le th´eor`eme de B´ezout, on a U B +VΦN= 1
avec U, V ∈Q[X]. Il existe alors un entier a∈Ztel que U0=aU et V0=aV soient `a coefficients entiers ;
puisque ΦNn’est pas constant, on peut choisir a∈Ztel que |ΦN(a)| ≥ 2. Soit pun diviseur premier
de ΦN(a) alors pdivise aN−1 (puisque ΦNdivise XN−1) i.e. aN= 1 dans Z/pZ; en particulier
aest inversible dans Z/pZce qui signifie que aet psont premiers entre eux. Ainsi, pne divise pas
a=U0(a)B(a) + V0(a)ΦN(a) et comme pdivise ΦN(a), pne divise pas B(a) et pest donc congru `a 1
modulo N. Donc pest congru `a 1 modulo net est distinct de p1, . . . , pq.
Le¸cons concern´ees
09 Congruences dans Z, anneau Z/nZ. Applications
10 Nombres premiers.Applications
15 Groupe des nombres complexes de module 1. Applications
R´ef´erences
S. Francinou et H. Gianella, Exercices d’alg`ebre 1, Masson, 1993.
S. Francinou, H. Gianella et S. Nicolas, Oraux X-ENS, alg`ebre 1, Cassini, 2001.
S´ebastien Pellerin