TD : Primalit´e - Factorisation
Christophe Ritzenthaler
Exercices
1. Montrer que le nombre qui s’´ecrit en base 10 d1. . . dkest divisible par 11 si et
seulement si Pk
i=1(1)kidiest divisible par 11.
2. Calculer 22005 (mod 7).
3. Soient pet qdeux nombres premiers distincts. A-t-on
pq1+qp11 (mod pq)?
4. Montrer que si n=Qk
i=1 pe(pi)
i(pipremiers distincts) est impair, le nombre de
solutions de x21 (mod n) est 2k.
5. Montrer le th´eor`eme suivant: pest premier si et seulement si
(p1)! ≡ −1 (mod p).
Pensez-vous que cela constitue un test de primalit´e efficace ? Justifier en proposant
une complexit´e pour l’algorithme.
Le test de Lucas-Lehmer
Nous allons ´etudier un test adapt´e aux nombres de Mersennes Mp= 2p1 o`u pest un
nombre premier impair.
pourquoi 2et pseulement ?
On d´efinit la suite
s0= 4, si+1 =s2
i2.
On va montrer que Mpest premier si et seulement si sp20 (mod Mp).
Donner une estimation de la complexit´e.
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Remarque 1. En fait, des astuces permettent d’am´eliorer l’algorithme. Par exemple,
on a
k(k(mod 2n)) + bk/2nc(mod 2n1).
Si les op´erations sont r´ealis´ees en binaire, la r´eduction s’effectue tr`es rapidement. On
peut montrer que la complexit´e est en O(p2log plog log p), ce qui est mˆeme mieux que
l’algorithme de Rabin (qui n’est que probabiliste !).
Faisons maintenant la preuve du th´eor`eme. Soit ω= 2 + 3 et ω= 2 3.
V´erifier par r´ecurrence que si=ω2i+ω2i.
Supposons que sp20 (mod Mp), i.e. il existe ktel que sp2=kMp. Montrer
que ω2p1=kMpω2p21.
Supposons que Mpn’est pas premier et soit qun facteur premier impair de Mp
tel que qpMp. Consid´erons maintenant le mono¨ıde X={a+b3|a, b Z/qZ}
avec la multiplication ´evidente. Soit Xle groupe des ´el´ements inversibles de X. On a
facilement #Xq21.
Montrer que ωest dans Xet que son ordre est 2p.
Conclure.
Supposons maintenant que Mpest premier.
Montrer que Mp7 (mod 12) et que le symbole de Legendre 3
Mp=1.
Montrer en revanche que 2est un r´esidu quadratique modulo Mp(on montrera di-
rectement que 2est un carr´e modulo Mpen partant du fait que 2p1 (mod Mp)).
Soit σ= 23 et Xd´efini comme pr´ec´edemment pour le mono¨ıde X={a+b3|a, b
Z/MpZ}.
Montrer que (6 + σ)Mp= 6 σdans X.
Montrer que ω= (6 + σ)2/24 et montrer que ω(Mp+1)/2=1dans le groupe X
(on utilisera le fait que 24(Mp1)/2= (2(Mp1)/2)3·3(Mp1)/2).
Conclure en multipliant chaque membre de l’´egalit´e par ω(Mp+1)/4.
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