Démonstration :
En effet, supposons p|ab. Si p|a, la propriété est vraie. Si pne divise pas aalors pet asont
premiers entre eux (les seuls diviseurs de psont 1et p). Donc p|bd’après le théorème de
Gauss.
Conséquences :
•Si ppremier divise une puissance akalors p|adonc pk|ak.
•Si ppremier divise un produit de facteurs premiers, alors pest l’un de ces facteurs premiers.
3 Décomposition en produit de facteurs premiers
Le théorème qui suit est parfois appelé "Théorème fondamental de l’arithmétique" :
Théorème 2 Tout entier naturel nsupérieur ou égal à 2se décompose en produit de facteurs
premiers. Cette décomposition est unique, à l’ordre près des facteurs.
On note n=pα1
1×pα2
2×···×pαr
roù p1, p2,...,prsont des nombres premiers et α1, α2,...αr
des entiers naturels non nuls.
Démonstration :
Existence :
Si nest premier, le théorème est vérifié.
Supposons donc nnon premier (on dit aussi que nest composé).
Le plus petit diviseur de nest premier (voir propriété 1).
On le nomme p1et on définit l’entier n1=n
p1
< n.
Si n1est premier, la propriété est établie puisque n=n1×p1.
Sinon, on réitère le processus en définissant n2=n1
p2
< n1où p2est premier.
On a donc n=n1×p1=n2×p2×p1
On construit ainsi une suite d’entiers naturels (nk)strictement décroissante.
Cette suite est donc finie et son dernier terme nrest premier.
En regroupant les facteurs égaux, on obtient n=pα1
1×pα2
2× ··· × pαr
r.
Unicité :
L’unicité se démontre par récurrence :
Si n= 2, l’unicité est claire.
Supposons que la décomposition est unique pour tout entier naturel strictement inférieur à n.
On va alors montrer l’hérédité c’est-à-dire l’unicité de la décomposition pour n.
Supposons donc que nadmette deux décompositions :
n=pα1
1×pα2
2× ··· × pαr
r=qβ1
1×qβ2
2× ··· × qβs
s
p1divise donc un produit de facteurs premiers. D’après la conséquence de la propriété 2, il
existe 1≤i≤stel que p1=qiet α1=βi.
Soit n1=n
p1
. On a donc :
n1=pα2
2×pα3
3×. . . pαr
r=qβ1
1×qβ2
2× ··· × qβi−1
i−1×qβi+1
i+1 ×qβs
s
On a donc deux décompositions distinctes pour n1ce qui contredit l’hypothèse de récurrence.
nadmet donc une décomposition unique.
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