Division euclidienne de polynˆ
omes
Proposition (Division euclidienne de polynˆ
omes)
Soit P∈K[X]un polynˆ
ome `
a coefficient dominant inversible, dom P∈K×.
Alors pour tout S∈K[X]il existe une unique paire Q, R ∈K[X]telle que
S=P Q +Ret deg R < deg P.
Dans cette situation on appelle Squo P:= Qle quotient et
Srem P:= Rle reste de la division euclidienne de Spar P.
D´
emonstration. Unicit´
e. — Si P Q +R=P Q0+R0et deg R, deg R0<deg P,
alors P(Q−Q0) = R0−R. Puisque dom P∈K×, nous avons
deg P+ deg(Q−Q0) = deg[P(Q−Q0)] = deg(R−R0)<deg P.
Ceci n’est possible que pour deg(Q−Q0)<0, c’est-`
a-dire Q−Q0= 0.
On conclut que Q=Q0puis R=R0.
Existence. — Si deg S < deg Palors Q= 0 et R=Sconviennent.
Pour deg S≥deg Pon proc`
ede par r´
ecurrence sur n= deg S.
On suppose le r´
esultat vrai pour tout polynˆ
ome ˜
Savec deg ˜
S < n.
On pose M= dom(P)−1dom(S)·Xdeg S−deg Pet ˜
S=S−P M .
On voit que deg(P M ) = deg Set dom(P M) = dom S, donc deg ˜
S < deg S.
Par hypoth`
ese il existe ˜
Q, R ∈K[X]tels que ˜
S=P˜
Q+Ret deg R < deg P.
Ainsi S=˜
S+P M =P Q +Ren posant Q=˜
Q+M.
§2.2 17/32
La division euclidienne : algorithme
Algorithme 9.4 division euclidienne de deux polynˆ
omes
Entr´
ee: deux polynˆ
omes S, P ∈K[X]tel que dom P∈K×.
Sortie: les polyn ˆ
omes Q, R ∈K[X]v´
erifiant S=P Q +Ret deg R < deg P.
Q←0;R←S
tant que deg R≥deg Pfaire
M←dom(P)−1dom(R)·Xdeg R−deg P
Q←Q+M;R←R−P M
fin tant que
retourner (Q, R)
Proposition
L’algorithme 9.4 ci-dessus est correct.
D´
emonstration. Terminaison. — Le monˆ
ome Mest choisi tel que Ret P M
aient le mˆ
eme degr´
e et coefficient dominant. Ainsi deg(R−P M )<deg R.
L’algorithme se termine apr `
es au plus 1 + deg S−deg Pit ´
erations.
Validit´
e. — L’initialisation Q←0,R←Sassure que S=P Q +R.
Chaque it´
eration Q←Q+M,R←R−P M conserve cette ´
egalit´
e.
`
A la fin nous avons S=P Q +Ret deg R < deg P, comme souhait ´
e.
§2.2 18/32
Application aux anneaux quotients
Corollaire
Soit P∈K[X]un polynˆ
ome tel que dom P∈K×. Alors l’anneau quotient
K[X]/(P)admet une description pratique : pour toute classe x∈K[X]/(P)il
existe un unique repr´
esentant R∈K[X]tel que deg R < deg P.
D´
emonstration. Existence. — On sait que x=cl(S)pour un S∈K[X].
Il existe Q, R ∈K[X]tels que S=P Q +Ret deg R < deg P.
On obtient ainsi x=cl(S) = cl(P Q +R) = cl(R)comme souhait´
e.
Unicit´
e. — Supposons que x=cl(R) = cl(R0)o`
udeg R, deg R0<deg P.
On a alors R−R0=P Q avec Q∈K[X]. Ainsi
deg P > deg(R−R0) = deg(P Q) = deg P+ deg Q.
On conclut que Q= 0, donc R=R0, comme ´
enonc´
e.
Remarque
Soulignons l’analogie entre Z/
met K[X]/(P): dans les deux cas on peut
choisir un repr´
esentant pr´
ef´
er´
epour chaque classe du quotient.
Z/
m={¯r|r∈N, r < m}={¯
0,¯
1, . . . , m −1}
K[X]/(P) = {¯
R|R∈K[X],deg R < deg P}
Ainsi calculer dans K[X]/(P)c’est calculer dans K[X]en ne retenant que le
reste modulo P(c’est-`
a-dire l’unique reste de la division euclidienne par P).
§2.3 19/32
Exercices
Exercice
Soit F4:= Z/
2[X]/(X2+X+ 1). On pose x:= ¯
X∈F4.
1Donner la liste des ´
el´
ements de F4.
2´
Ecrire les tables d’addition et de multiplication pour F4.
3Est-ce que F4est un corps ?
Exercice
Soit P∈Z/
m[X]un polynˆ
ome avec deg P=det dom P= 1.
1D´
eterminer le cardinal de l’anneau quotient Z/
m[X]/(P).
2Si Z/
m[X]/(P)est un corps, alors n ´
ecessairement mest premier et P
est irr´
eductible, c’est-`
a-dire P=QR implique Q∈Z/×
mou R∈Z/×
m.
(On verra plus bas que ces conditions sont aussi suffisantes.)
§2.3 20/32