2 CONSTRUCTION DE L’ANNEAU ZP3
Une id´ee est de r´eduire l’´equation (1) modulo n(pour n∈N∗), ce qui ram`ene `a un probl`eme fini dans
(Z/nZ)d. La philosophie est que si l’´equation (1) admet une solution, alors l’´equation r´esiduelle (modulo n)
admet une solution.
(1) admet une solution =⇒(1) admet une solution modulo n
Ou en contrapos´ee
(1) n’a pas de solution modulo n=⇒(1) n’a pas de solution
Exemple 1.2. Donnons pour illustrer une d´emonstration de l’irrationnalit´e de √2qui utilise ce principe.
Posons f=X2−2Y2. Supposons par l’absurde que f(x, y)=0admet une solution (x, y)∈Z2non nulle.
Quitte `a diviser xet ypar leur pgcd (ce qui reste solution), on peut supposer qu’ils sont premiers entre eux.
Modulo 3, on a
x2≡2y2≡ −y2mod 3
Comme xet ysont premier entre eux, l’un d’eux est non nul modulo 3, et donc finalement aucun n’est nul
modulo 3. En particulier, yest inversible modulo 3, notons y−1son inverse modulo 3. On a donc
xy−12≡ −1 mod 3
Mais par le petit th´eor`eme de Fermat, on trouve par ailleurs
xy−12≡1 mod 3
Ce qui est manifestement absurde. En conclusion f(x, y) = 0 n’admet aucune solution non nulle, et √2est
irrationnel.
Malheureusement, la r´eciproque est fausse en g´en´eral. Donc bien souvent, regarder modulo un seul entier
nne suffit pas. Une id´ee pour augmenter les chances d’une r´eciproque consiste `a consid´erer ensemble un
“paquet” d’´equations r´esiduelles (modulo npour tout n∈N∗). On peut effectuer deux r´eductions du fait
que ces ´equations r´esiduelles ne sont pas ind´ependantes les unes des autres. La premi`ere r´esulte du th´eor`eme
suivant.
Th´eor`eme 1.3 (Th´eor`eme des restes chinois 1).Si a, b ∈Zsont deux entiers premiers entre eux, alors on
a un isomorphisme d’anneaux
Z/aZ×Z/bZ'Z/abZ
Le th´eor`eme nous assure que r´esoudre l’´equation (1) modulo aet b(dans ses notations) ´equivaut `a la
r´esoudre modulo ab. Si on veut, on peut donc se contenter de regarder l’´equation modulo pnpour tout
nombre premier pet entier 2n∈N.
2 Construction de l’anneau Zp
2.1 D´efinition
Dans toute la suite, on fixe donc pun nombre premier (p= 2,3,5,7,...,243112609 −1, . . . ). La seconde
r´eduction est que si l’on connaˆıt la solution de (1) modulo pn+1, on la d´eduit modulo pn(o`u n∈N).
1. C’est le th´eor`eme qui est chinois.
2. L’´equation modulo p0= 1 n’a pas grand int´erˆet, mais je la rajoute pour des questions de notation.