Anneaux et corps
1 G´en´eralit´es
efinition 1 On appelle Anneau un ensemble Amuni de deux lois de composition internes not´ees +et ×, telles
que(A, +) est un groupe commutatif, d’´el´ement neutre not´e 0et tel que
la multiplication est associative :
a, b, c A, (ab)c=a(bc)
la multiplication est distributive par rapport `a la loi +:
a, b, c A, (a+b)c=ac +bc et c(a+b) = ca +cb
la multiplication poss`ede un ´el´ement neutre not´e 1Aou 1:
aA, a ×1 = 1 ×a=a
Si de plus la multiplication est commutative, on dit que Aest un anneau commutatif.
Exemple 2 L’ensemble Zmuni de l’addition et de la multiplication est un anneau commutatif.
(R[X],+,×)est un anneau.
L’ensemble F(R,R)des applications de Rdans Rmuni de l’addition f+g:x7→ f(x)+g(x)et de la multiplication
f×g:x7→ f(x)g(x)est un anneau commutatif.
L’ensemble Mn(R)des matrices carr´ees `a nlignes et ncolonnes est un anneau non-commutatif.
Z/nZ,˙
+,˙
×est un anneau commutatif.
2 R`egles de calcul
Proposition 3 Soit (A, +,×)un anneau. Alors :
pour tout aA, a ×0=0=0×a
pour tout a, b A, (a)×b=a×(b) = (ab)
pour tous a, b A, (a)×(b) = ab
pour tout nN, pour tout aA, (a)2n=a2net (a)2n+1 =a2n+1
pour tout nZet pour tous a, b A, (na)×b=a×(nb) = n×(ab).
emonstration. Soit aA, alors a×0 = a×(0 + 0) = a×0 + a×0 et donc a×0 = 0. De mˆeme 0 ×a= 0.
Soit a, b A, alors a×b+(a)×b= (aa)×b= 0×b= 0, donc (a)×b=(a×b). De mˆeme, a×(b) = (a×b).
Soit a, b A. Montrons par r´ecurrence que, pour nN, (na)×b=n(ab). Il est clair que (0a)×b= 0 = 0(a×b).
Soit nN, supposons que (na)×b=n(a×b). Alors
((n+ 1)a)×b= (na +a)×b= (na)×b+a×b=n(a×b) + a×b= (n+ 1)(a×b)
Ainsi, d’apr`es le th´eor`eme de r´ecurrence, pour tout nN, (na)×b=n(a×b). De mˆeme, pour tout nN,
a×(nb) = n(a×b). cqfd.
Proposition 4 Formule du binˆome :
Soit aet bdeux ´el´ements d’un anneau Aqui commutent, c’est-`a-dire qui v´erifient a×b=b×a. Alors :
(a+b)n=C0
nan+C1
nan1b1+··· +Cn1
na1bn1+Cn
nbn
Rappel
Cp
n=n×(n1) × ··· × (n(p1))
p!
3´
El´ements inversibles - diviseurs de z´eros
efinition 5 Soit (A, +,×)un anneau. On dit que aAest inversible si il existe bAtel que ab = 1. On note A
l’ensemble des ´el´ements inversibles de A.
Exemple 6 Z={−1,1}
Q=Q\ {0}et R=R\ {0}
(R[X])=polynˆomes constants.
efinition 7 Soit (A, +,×)un anneau. On dit que aAest un diviseur de z´ero si a6= 0 et s’il existe bA,b6= 0
tel que ab = 0.
On dit que Aest un anneau int`egre s’il n’admet pas de diviseurs de z´ero.
Proposition 8 L’anneau Aest int`egre si et seulement si :
a, b A, ab = 0 =a= 0 ou b= 0
Exemple 9 L’anneau (Z,+,×)est int`egre.
L’anneau (R(X),+,×)est int`egre.
L’anneau Z/6Z,˙
+,˙
×n’est pas int`egre car ˙
2˙
×˙
3 = ˙
0.
Remarque 10 un ´el´ement de Ane peut pas ˆetre `a la fois inversible et diviseurs de z´ero. (mˆeme d´emonstration que
pour Z/nZ).
4 Sous-anneaux et Id´eaux
efinition 11 Soit (A, +,×)un anneau. Soit Bune partie de A. On dit que Best un sous-anneaux de Asi et
seulement si:
(B, +) est un sous-groupe de (A, +)
1Aappartient `a B
pour tout a, b B, ab B.
Exemple 12 Zest un sous-anneau de Qqui est lui-mˆeme un sous-anneau de R.
Q[X]est un sous-anneau de R[X].
L’ensemble Q2={a+b2|a, b Q}est un sous-anneau de R.
efinition 13 Soit (A, +,×)un anneau. Soit Iune partie de A. On dit que Iest un id´eal de Asi et seulement si :
(I, +) est un sous-groupe de (A, +)
pour tout iI, et pour tout aAon a ai Aet ia A.
Exemple 14 1. nZest un ideal de Zpour tout n.
2. P×R[X]est un id´eal de R[X].
3. Plus g´en´eralement si Aest un anneau commutatif et si aAalors aA : l’ensembles des multiples de aest un
id´eal de A.
emonstration. Il suffit de d´emontrer le troisi`eme point.
a×0 = 0 donc 0 aA
Soit x=au et y=av deux ´el´ement de aA alors x+y=au +av =a(u+v)aA et x=a×(u)aA
Donc aA est un sous-groupe de (A, +) .
Soit x=au un ´el´ement de aA et soit yAalors xy =auy =a×(uy)aA et yx =xy car Aest commutatif donc
yx aA.
Donc aA est un id´eal de A.
5 Corps
efinition 15 On appelle corps tout anneau (K,+,×)tel que tout ´el´ement non nul de Kposs`ede un sym´etrique pour
la multiplication.
Si de plus la multiplication est commutative, on dit que Kest un corps commutatif.
Exemple 16 Les ensembles Q,R,Csont des corps commutatifs.
L’anneau (Z,+,×)n’est pas un corps (par exemple, l’´el´ement 2n’est pas inversible dans Z).
Exercice 17 Montrer que Q2est un corps.
Proposition 18 Z/nZ,˙
+,˙
×est un corps si et seulement si nest un nombre premier.
emonstration. Notons E={1,2,··· , n 1}, on a vu que
nest premier nest premier avec tous les ´el´ements de E
tous les ´el´ements non nuls de Z/nZsont inversibles
6 Anneaux principaux
Dor´enavant on d´esignera par Aun anneau commutatif, par Kun corps et par K[X] l’anneau des polynˆomes `a
coefficients dans K.
efinition 19 Un id´eal Ide Aest dit principal si il est form´e des multiples d’un ´el´ements ade A, c’est `a dire si
I=aA.
efinition 20 Un anneau Aest dit principal si tous les id´eaux de Asont principaux.
Exemple 21 Zest un id´eal principal. En effet si Iest un id´eal de Zc’est un sous-groupe de (Z,+) donc on a I=nZ.
efinition 22 On dit qu’un polynˆome est unitaire s’il est non nul et si son cœfficient de plus haut degr´e est ´egal `a 1.
Lemme 23 Division euclidienne. Soit A, B K[X]avec B6= 0. Il existe un unique couple (Q, R)(Q´etant
unitaire) de polynˆomes de K[X]tel que :
A=BQ +Ravec deg(R)<deg(B)
On dit que Qest le quotient et Rle reste de la division euclidienne de Apar B(Si R= 0 on a par convention
deg(R) = −∞ ).
Proposition 24 L’anneauK[X]est un anneau principal.
emonstration. Soit Iun id´eal de K[X], Notons dle plus petit degr´e atteint par les polynˆomes non nuls de I,
c’est `a dire
d=min {deg (P), P I, P 6= 0}
et soit DItel que deg (D) = d. On va montrer que I=DK[X] donc que Iest principal, ce qui conclura la preuve.
Tout d’abord comme DIon a DK[X]I.
Soit Pun polynˆome de I, effectuons la division euclidienne de Ppar Dil existe donc Qet Rtel que
P=DQ +Ravec deg(R)<deg(D)
comme PIet DQ Ion a PDQ I(c’est un groupe) et donc RIet deg(R)< d. Comme dest le degr´e
minimal des ´el´ements non-nuls de I, on a forc´ement R= 0 et donc P=DQ et donc PDK[X]. Finalement
IDK[X].
7 Intersection et sommes d’id´eaux
Proposition 25 Soit (A, +,×)un anneau commutatif . Soient Iet Jdeux id´eaux de A.
IJest un id´eal de A
I+Jest un id´eal de A
emonstration. On sait que IJet I+Jsont des sous-groupes de (A, +) donc il suffit de v´erifier la deuxi`eme
condition.
Soit aAet soit xIJalors ax I(car xI) et ax J(car xJ) donc ax IJ.
Soit yI+J, alors il existe iIet jJtel que y=i+jdonc ay =a(i+j) = ai +aj I+J.
1 / 4 100%
La catégorie de ce document est-elle correcte?
Merci pour votre participation!

Faire une suggestion

Avez-vous trouvé des erreurs dans linterface ou les textes ? Ou savez-vous comment améliorer linterface utilisateur de StudyLib ? Nhésitez pas à envoyer vos suggestions. Cest très important pour nous !