Corps finis
Outre les corps Q,R,Cil existe beaucoup d’autres exemples !
Sur l’ensemble F2={0,1}`
a deux ´
el´
ements on n’a qu’un seul choix :
+ 0 1
0 0 1
1 1 0
et ·0 1
0 0 0
1 0 1
.
Proposition (le corps `
a deux ´
el´
ements)
(F2,+,·)est un corps.
D´
emonstration. Les axiomes se v´
erifient en ´
enum´
erant tous les cas.
Alternative : Si l’on interpr `
ete 0et 1comme «vrai »et «faux »alors la
multiplication ·est la conjonction «et »tandis que l’addition +est la
disjonction «ou exclusif ». Sous cette forme vous avez d´
ej`
a´
etabli la
v´
eracit´
e des axiomes lors de votre introduction `
a la logique.
Alternative : On peut reconnaˆ
ıtre F2comme le quotient Z/2Z.
Remarque
Les corps finis sont fortement utilis ´
es en alg`
ebre et en cryptographie.
Tout corps fini est de cardinal pkpour un premier p. R ´
eciproquement,
pour tout premier pet k≥1il existe un unique corps de cardinal pk.
§1.1 5/55
Les quatre op´
erations dans un corps
On abr`
ege a·bpar ab. Au lieu de a+ (b·c)on ´
ecrit aussi a+bc.
Les ´
el´
ements 0et 1ainsi que les applications a7→ −aet a7→ a−1
ne figurent pas explicitement dans (K,+,·), ils s’en d´
eduisent :
L’´
el´
ement neutre de l’addition est unique : si 0 + a=aet 00+a=a
pour tout a∈K, alors 00= 0 + 00= 00+ 0 = 0.
Pour tout a∈Kl’oppos´
e est unique : Si a+b= 0 et a+b0= 0 alors
b= 0 + b=b+ 0 = b+ (a+b0) = (b+a) + b0= (a+b) + b0= 0 + b0=b0.
On notera donc sans ambigu¨
ıt´
e l’oppos´
e de apar −a.
De mˆ
eme l’´
el´
ement neutre 1de la multiplication est unique.
Pour tout a∈K\ {0}l’inverse est unique, et sera not´
e par a−1.
On a ab = 0 ssi a= 0 ou b= 0 : si a6= 0 alors b=a−1ab = 0.
§1.1 6/55
Anneaux
Les entiers (Z,+,·)ne forment pas un corps mais un anneau :
D´
efinition (anneau)
Un anneau (A,+,·)est un ensemble muni de deux op´
erations dont
on exige les axiomes ci-dessus `
a l’exception de M4 (´
el´
ement inverse).
Ici tout anneau sera donc suppos´
e commutatif (M2) et unitaire (M3).
D´
efinition (´
el´
ements inversibles)
Soit a∈A. On dit que b∈Aest un inverse de asi a·b= 1.
Dans ce cas l’inverse de aest unique et sera not´
e par a−1.
On appelle a∈Ainversible s’il admet un inverse dans A.
Dans Z, par exemple, les seuls ´
el´
ements inversibles sont 1et −1.
L’´
el´
ement 0n’est jamais inversible : on a toujours 0·b= 0 6= 1.
Un anneau Aest un corps ssi tout ´
el´
ement a∈A,a6= 0 est inversible.
On note A∗=A\ {0}l’ensemble des ´
el´
ements non nuls,
et A×⊂A∗l’ensemble des ´
el´
ements inversibles dans A.
§1.1 7/55
Polyn ˆ
omes
Soit Kun corps (par exemple Q,R,C).
Un polyn ˆ
ome sur Kest une expression formelle
P=p0+p1X1+p2X2+·· · +pnXno`
up0, p1, p2, . . . , pn∈K.
Ici Xn’est qu’une variable formelle (et non un ´
el´
ement de K).
De mˆ
eme, Pn’est qu’une expression formelle (et non une fonction).
Ce qui compte est la suite des coefficients dans K:
n
X
k=0
akXk=
n
X
k=0
bkXk⇐⇒ ak=bkpour tout k= 0, . . . , n
On peut rajouter ou supprimer des termes nuls, 0·Xn+1.
Ainsi P=Pm
k=0 pkXken prolongeant par pn+1 =··· =pm= 0,
voire P=P∞
k=0 pkXken prolongeant par pk= 0 pour tout k > n.
Pour l’impl´
ementation il suffit de stocker les coefficients non nuls.
Typiquement on stocke la suite (p0, p1, p2, . . . , pn)telle que pn6= 0.
§1.1 8/55