Développement: C[X, Y ]/(YX2)et C[X, Y ]/(XY 1)
sont principaux
Adrien Fontaine
8 avril 2013
Référence : Serge Francinou, Hervé Gianella, Exercices de Mathématiques pour l’agrégation,
Algèbre 1
1C[X, Y ]/(YX2)est principal
Le polynôme YX2est irréductible dans C[X, Y ]car irréductible dans C[X][Y](unitaire
de degré 1). Donc, (YX2)est premier (Cest factoriel, donc C[X, Y ]aussi, donc les notions
d’élément premiers et irréductibles coïncident dans C[X, Y ]). Donc, C[X, Y ]/(YX2)est intègre.
Soit ψ:P(X, Y )C[X, Y ]7→ P(T, T 2)C[T].ψest un morphisme d’anneau. De plus, comme
ψ(X) = T,ψest surjectif.
Il est par ailleurs clair que (YX2)Ker(ψ).
Montrons l’inclusion réciproque. Soit P(X, Y )Ker(ψ). On remarque que le coefficient dominant
de YX2en tant qu’élément de C[X][Y]est 1, qui est donc inversible dans C[X]. Donc, on peut
effectuer la division euclidienne de P(X, Y )par YX2.
Donc, il existe Q(X, Y )et R(X, Y )C[X, Y ]tels que
P(X, Y ) = (YX2)Q(X, Y ) + R(X, Y )
avec de plus degY(R) = 0. Autrement dit, R(X, Y ) = R(X)C[X]. On a alors :
ψ(P) = 0 = P(T, T 2) = R(T)
Donc, R= 0 et P(YX2). D’où, l’inclusion réciproque.
On a donc un isomorphisme
C[X, Y ]/(YX2)'C[T]
Or, C[T]est principal (il est même euclidien puisque Cest un corps).
2C[X, Y ]/(XY 1) est principal
De même que précédemment, XY 1est irréductible dans C[X, Y ], donc C[X, Y ]/(XY 1)
est intègre.
On considère le morphisme d’anneau ψ:P(X, Y )C[X, Y ]7→ P(T, 1
T)C(T).
On a clairement (XY 1) Ker(ψ).
Montrons l’inclusion réciproque. Soit P(X, Y )Ker(ψ). Contrairement au cas précédent, on ne
peut effectuer la division euclidienne de P(X, Y )par XY 1car ni X, ni Yne sont inversibles
1
2C[X, Y ]/(XY 1) EST PRINCIPAL 2
dans C[X]et C[Y]respectivement. Pour remédier à cela, on se place dans C(X)[Y](de telle sorte
que désormais Xest bien un élément inversible de C(X)). On peut donc effectuer la division
euclidienne (dans C(X)[Y]!) :
P(X, Y ) = (XY 1)Q(Y) + R(X)
où, Qest un polynôme à coefficients dans C(X)et RC(X). En multipliant par A(X), le ppcm
du dénominateur de R(X)et des dénominateurs des coefficients de Q, on obtient
A(X)P(X, Y )=(XY 1)Q0(Y) + R0(X)
Alors, si ψ(P)=0, on a :
ψ(A(X)P(X, Y )) = A(T)ψ(P(X, Y )) = 0 = R0(T)
Donc, P(XY 1). Et donc, Ker(ψ)=(XY 1).
Enfin, Im(ψ) = C[T, 1
T].
Donc, C[X, Y ]/(XY 1) 'C[T, 1
T].
Il nous reste à montrer que C[T, 1
T]est principal. En fait, on va même montrer qu’il est euclidien,
ce qui nous permettra de conclure.
Pour cela, notons F={1, T, T 2, ..., T k, ...}. On a alors :
C[T, 1
T] = {P
QC(T), P C[T], Q F}:= F1C[T]
Montrons que F1C[T]est un anneau euclidien. Tout d’abord, il est clair que c’est un sous-anneau
de C(T).
C[T]est principal, de stathme le degré. Soit xF1C[T]. On note :
ν(x) = inf{deg(Tnx), n Tnx, et TnxC[T]}
xs’écrit P
Tkavec PC[T],P(0) 6= 0 et kN. Donc,
ν(x) = ν(P
Tk) = inf
nk{deg(TnkP}= inf
n0deg(TnP) = deg(P)
Montrons que F1C[T]est euclidien pour ν. Soient (x, y)F1C[T]2,y6= 0. On écrit xet y
sous la forme x=P
Tk1et y=Q
Tk2avec P1(0) et P2(0) 6= 0.
Alors,
Q, R C[T]/P1=QP2+Ravec deg(R)< deg(P2)
Donc : P
Tk1= (QTk2
Tk1
)P2
Tk2+R
Tk1
C’est à dire
x=y(QTk2
Tk1) + R
Tk1
De plus,
ν(R
Tk1)deg(R)< deg(P2) = ν(y)
Ce qui termine la preuve du fait que F1C[T]est euclidien.
En particulier, C[X, Y ]/(XY 1) est euclidien, donc principal.
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