3
Exercice 2. Soit Aun anneaux tel que Asoit cyclique en tant que groupe
additif. Soit a∈Aun de ses g´en´erateurs.
(1) Montrer que a∈A∗.
(2) Montrer que la multiplication de Aest d´etermin´e par le carr´e de a(dans
le groupe multiplicatif A∗).
(3) En d´eduire que que si Aest de cardinal navec groupe additif cyclique,
alors Aest isomorphe `a Z/nZ.
(4) Donner un exemple d’anneau de cardinal 4 avec groupe additif isomorphe
`a Z/2Z×Z/2Z.
Solution.
(1) Par d´efinition d’un groupe cyclique, il existe n∈Ntel que na = 1 ou −1.
Par distributivit´e, on a donc
±1 = na =
n
X
i=1
a=
n
X
i=1
1.a = n
X
i=1
1!a.
Ainsi aest inversible pour la multiplication, d’inverse ±n1=(±1).
n
X
i=1
1.
(2) Soit x, y ∈A. Par d´efinition d’un groupe cyclique, il existe n, m ≥1 et
x, y∈ {−1; 1}tels que x= (xn)a=
n
X
i=1
xaet y= (ym)a=
m
X
i=1
ya.
On a alors par distributivit´e
xy = n
X
i=1
xa! m
X
i=1
ya!=
n
X
i=1
m
X
j=1
xya2.
Ainsi pour calculer le produit xy, il suffit de connaitre le carr´e a2de a
(ainsi que l’addition dans Aet le passage `a l’oppos´e dans A).
(3) Soit ktel que 1 = ka. Si (k, n)6= 1, alors il existe d∈[1; n−1] tel que
dk ∈nZ. Dans ce cas, on a
da = (da).1 = (da).(ka) = (dk)a2= 0,
ce qui n’est pas possible puisque aest d’ordre net 1 ≤d≤n−1. Par suite
on a (k, n) = 1. En particulier, il existe une relation de B´ezout uk+vn = 1
avec u, v ∈Z, et on a
u1 = u(ka)=(uk)a= (uk)a+ (vn)a= (uk +vn)a=a.
On en d´eduit que 1 est un g´en´erateur du groupe cyclique (A, +). Or 12= 1,
donc, d’apr`es la question pr´ec´edente, l’application
f:Z/nZ→A, [m]n7→ m1 :=
m
X
i=1
1