Rappels d’alg`ebre
Corps
Un corps Fest un ensemble non vide d’´el´ements muni des
op´erations + et . satisfaisant les axiomes :a,b,cF
1Fest clos pour + et .
2commutativit´e
3associativit´e
4distributivit´e a(b+c)=ab +ac
De plus, il existe deux ´el´ements neutres, un pour + et un pour .
satisfaisant
5a+ 0 = a,aF
6a1=aet a0=a,aF
7tout ´el´ement a un inverse pour l’addition
8tout ´el´ement a un inverse multiplicatif
Propri´et´es
(1)a=aet ab =0a= 0 ou b=0
a,bet m>1 entiers ; abmod msi m|(ab)
Zmest un corps ssi mest premier
Fun corps. La caract´eristique de Fest le plus petit entier
positif ptel que p.1 = 0 pour 1 ´el´ement neutre de F. Si un tel
pn’existe pas, Fest de caract´eristique nulle.
La caract´eristique d’un corps est soit 0 soit un nombre premier
Un corps fini Fde caract´eristique pcontient pn´el´ements pour
un entier n1
Anneau de polynˆomes
Soit Fun corps. F[x]={!n
i=0 aixi:aiF,n0}est
l’anneau des polynˆomes sur F.F[x] v´erifie tous les axiomes
d’un corps sauf l’existence d’un inverse multiplicatif.
Pour f(x)=!n
i=0 aixi,nest le degr´e du polynˆome.
f(x) est monique si an=1
f(x) est r´eductible s’il existe g(x) et h(x) tq. deg(g)<deg(f)
et deg(h)<deg(f) et f(x)=g(x).h(x) ; sinon, il est
irr´eductible
pour f(x),g(x)F[x], le pgcd de fet de gest le polynˆome
monique de plus haut degr´e qui divise simultan´ement fet g
Soit f(x)F[x] de degr´e 1 alors F[x]/f(x) forme un
anneau. De plus, si fest irreductible, F[x]/f(x) est un corps.
Structure des corps finis
βFde cardinalit´e q, on a βq=β
F, sous-corps de Ede cardinalit´e q. Alors, un ´el´ement βde E
vit dans Fssi βq=β
Pour tout ppremier et tout entier n1, il existe un unique
corps fini `a pn´el´ements
αFqest dit primitif (ou g´en´erateur) si
Fq={0,α,α2,· · · ,αq1}
l’ordre de αFq, not´e ord(α) est le plus petit entier ktq.
αk=1
αF!
q,ord(α)|q1
Un ´el´ement non nul de Fqest primitif ssi il est d’ordre q1
tout corps fini a au moins un ´el´ement primitif
Espace vectoriel – Sous-espace vectoriel
Eest un espace vectoriel sur un corps Ksi et seulement si,
u,v,wE
1.(u+v)+w=u+(v+w)5.cK,c(u+v)=c.u+c.v
2.0:u+ 0 = 0 + u=u6.a,bK,(a+b)u=a.u+b.v
3.u(u):uu= 0 7.a,bK,(a.b)u=a.(b.u)
4.u+v=v+u8.1.u=u
F(=est un sous-espace vectoriel de Esi et seulement si
"x+yFx,yF
λxFλK,xF
Si AE, alors le sous-espace engendr´e par Aest l’ensemble de
toutes les combinaisons lin´eaires d’´el´ements de A.
Parties g´en´eratrices et libres
Une partie en´eratrice de Eest un sous-ensemble GEtel que
le sous-espace engendr´e par Gest E. Ou, de mani`ere ´equivalente,
que tout vecteur de Eest combinaison lin´eaire d’´el´ements de G.E
est dit de dimension finie s’il contient une partie g´en´eratrice finie.
Une partie libre de Eest un sous-ensemble LEtel qu’aucun
´el´ement vLn’est une combinaison lin´eaire d’autres ´el´ements de
L. Ou, de mani`ere ´equivalente, la seule combinaison lin´eaire
d’´el´ements de Lqui est nulle est celle dont tous les coecients
sont nuls.
Famille g´en´eratrice et base
Une famille d’´el´ements de Eest g´en´eratrice si son ensemble
sous-jacent engendre E. Une famille d’´el´ements de Eest libre si
son ensemble sous-jacent est libre.
Une base de Eest une famille d’´el´ements de Equi est libre et
g´en´eratrice. Si (bi)iIest une base de E, alors
xE!(λi)iIK:x=!iIλibi.
Dimension
Si la dimension de Eest finie alors chaque base de Eest finie (son
ensemble sous-jacent est de cardinal fini) et toutes les bases ont le
eme nombre d’´el´ements. Ce nombre est la dimension de l’espace.
Si la dimension de Eest n, alors
si (gi)iIest une famille g´en´eratrice de Ealors |I|n. S’il y a
´egalit´e, alors (gi)iIest une base.
si (li)iIest une famille libre de Ealors |I|n. S’il y a
´egalit´e, alors (li)iIest une base.
si E=Kn, alors la famille (ei)iIavec I={1,2, . . . , n}et
ei= (0,0, . . . , 1,0, . . . , 0) avec 1 `a la ieposition est une base,
la base canonique de Kn.
Application lin´eaire
On dit que fest un application lin´eaire de Edans Vsi fest une
application qui v´erifie :
xE,yEf(x+y)=f(x)+f(y)
λK,xEf(λ.x)=λ.f(x)
Codes cycliques
Description
Codes les plus utilis´es [7, 4, 3].
Impl´emententation facile au moyen de registres lin´eaires.
Pour certains, bonnes techniques de d´ecodage bas´ees sur des
transform´ees de Fourier discr`etes.
Ce cours : codes binaires (sur F2).
D´efinition
Un code lin´eaire Cde longueur nest cyclique si ses mots v´erifient :
Si (x1, . . . , xn)C,alors (xn,x1, . . . , xn1)C
Un code est cyclique s’il est invariant par «shifts»(ou d´ecalages).
Exemple : Le code C={000,110,011,101}est cyclique.
Exemple : Le code de Hamming est cyclique. Matrice g´en´eratrice
de Ham(3) :
G=#1101000
0110100
0011010
0001101 $
0110100 Ham(3) ainsi que 1101000 ; ils v´erifient la condition de
cyclicit´e.
Anneau des polynˆomes binaires
Soit F2[x] l’anneau des polynˆomes en x`a coecients dans F2.
efinition (Anneau)
Un anneau A est un ensemble muni de deux op´erations internes
(+,.)tel que (A,+) est un groupe commutatif muni d’une
op´eration .qui satisfait :
a.b=b.a,a.(b+c)=a.b+a.c,(a.b).c=a.(b.c)et qui contient
un ´el´ement not´e 1tel que 1.a=a.1=a.
Pour plus de d´etails, voir [2] ou [5, 6].
Repesentation polynomiale
efinition
On appelle repr´esentation polynomiale l’application
θ:(F2)nF2[x]/(xn1) d´efinie par
θ:(c0,c1, . . . , cn1)-→ c0+c1x+. . . +cn1xn1
La repr´esentation polynomiale de c=(c0,c1, . . . , cn1) est le
polynˆome c(x)=c0+c1x+. . . +cn1xn1.
Exemple : Repr´esentation polynomiale de 0110100 : x+x2+x4
et celle de 1101000 est 1 + x+x3. Observons que
x+x2+x4=x(1 + x+x3).
La repr´esentation polynomiale d’un code Cest l’ensemble des
repesentations polynomiales de ses mots.
Exemple
Le code C={000,110,011,101}correspond aux polynˆomes
0,1+x,x+x2,1+x2pris modulo x31. Sa repr´esentation
polynomiale est donc C={0,1+x,x+x2,1+x2}.
Faire un d´ecalage sur un mot revient `a multiplier par xsa
repesentation polynomiale, modulo xn1.
Cest cyclique SSI pour tout mot cC,xc(x) mod xn1 est la
repesentation polynomiale d’un mot de C.
Code cyclique = id´eal
Si c(x)C, alors xc(x)Cet p(x)c(x), pour tout p(x)F2[x].
Code cyclique de longueur nest un id´eal de F2[x]/(xn1).
efinition (Id´eal)
Un sous-ensemble I d’un anneau commutatif A est un id´eal si,
pour a,bI , a bI et si, pour a I et x A, a.xI.
Th´eor`eme
I est un id´eal de K [x]si et seulement si il existe a(x)K[x]tel
que I est l’ensemble des multiples de a(x)dans K[x].
efinition
Un id´eal I est principal s’il consiste en tous les multiples d’un
polynˆome fix´e, g(x), appel´e polynˆome g´en´erateur de I .
Code cyclique et polynˆome g´en´erateur
Posons Rn=F2[x]/(xn1).L’anneau Rn=F2[x]/(xn1) est
compos´e des classes r´esiduelles de F2[x] modulo xn1.
Th´eor`eme
Un code cyclique C de longueur n est un id´eal principal de Rn. Il
admet un unique g´en´erateur de degr´e minimal dans C .
Exemple : Le code C={0,1+x,x+x2,1+x2}est engendr´e par
g(x) = 1 + xdans R3.
Th´eor`eme
La dimension d’un code cyclique de longueur n et de g´en´erateur
g(x)est
k=ndeg g(x)
Exemple
Le code de Hamming de param`etres (7,4,3) admet comme
g´en´erateur g(x)=x3+x+ 1.
Ses mots consistent en tous les multiples de g(x) modulo x71.
Par exemple le mot a(x) = (x8+ 1)g(x). On a
(x8+ 1)g(x) = (x+ 1)g(x) mod (x71) = x4+x3+x2+ 1.
Ainsi, a= (1011100).
Matrice g´en´eratrice
Soit g(x)=g0+g1x+. . . +gtxtle g´en´erateur d’un code cyclique
Cde longueur n. Une matrice g´en´eratrice de Cest donn´ee par :
G=
g0g1g2. . . gt0. . . . . . 0
0g0g1g2. . . gt0. . . 0
.
.
.......................
.
.
0. . . 0g0g1g2. . . gt0
0. . . . . . 0g0g1g2. . . gt
Pour construire tous les mots de C, il faut multiplier g(x) par tous
les polynˆomes p(x) de degr´e inf´erieur ou ´egal `a k1.
Matriciellement, les mots mpeuvent s’´ecrire m=pG.
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