Séminaire Dubreil. Algèbre et théorie des nombres A LAIN B IGARD Groupes archimédiens et hyper-archimédiens Séminaire Dubreil. Algèbre et théorie des nombres, tome 21, no 1 (1967-1968), exp. no 2, p. 1-13 <http://www.numdam.org/item?id=SD_1967-1968__21_1_A2_0> © Séminaire Dubreil. Algèbre et théorie des nombres (Secrétariat mathématique, Paris), 1967-1968, tous droits réservés. L’accès aux archives de la collection « Séminaire Dubreil. Algèbre et théorie des nombres » implique l’accord avec les conditions générales d’utilisation (http://www.numdam.org/legal.php). Toute utilisation commerciale ou impression systématique est constitutive d’une infraction pénale. Toute copie ou impression de ce fichier doit contenir la présente mention de copyright. Article numérisé dans le cadre du programme Numérisation de documents anciens mathématiques http://www.numdam.org/ 2-01 Séminaire DUBREIL-PISOT (Algèbre et Théorie des année, 1967/68, 21e Nombres) 20 novembre n~ 2 1967 GROUPES ARCHIMÉDIENS ET HYPER-ARCHIMÉDIENS par Alain BIGARD 1. Notations et Rappelons tout d’abord tout entier uelaues résultats classiques. rapp el de groupe réticulé est dit archimédien si qu’un positif entraîne n valente, qui est souvent plus positif, alors a e . a ~- On utilise e . commode :i Si a ~ également et si e une b b pour définition équi- pour tout entier = Les résultats suivants seront supposés (Von connus ~~~~. L. FUCHS 1.1. - Tout groupe archimédien est commutatif. Ceci nous permet d’utiliser dorénavant la notation additive. 1.2. - Un groupe réticulé est archimédien si, et seulement si, il gé dans En un groupe réticulé la méthode de fait, peut être plon- complet. complétion de Dedekind s’applique aux groupes archimédiens. 1.3. - Un groupe totalement ordonné est archimédien si, et seulement si, il est isomorphe à un Nous ferons à P. CONRAD Un sous-groupe de un R . usage constant des concepts suivants, £-sous-groupe est convexe un sous-groupe éléments positifs. On appelle idéal engendré par on At est Un idéal pas est en Tout x-s-c un qui convexe distingué. même est temps un engendré par Nous noterons le orthogonaux si ~a~ 0 . Pour toute A partie A de pose On dit On renvoyons g . Deux éléments sont dits G , nous [5] : sous-treillis. Nous dirons dans la suite un " l-s-c". ses lesquels pour appelée composante qu’un t-s-c P est A . C’est est premier si premier si, et appelle valeur de a . P de a E Toute valeur est seulement P si, G , tout un ~-s-c . On notera un i-s-c premier. G/P maximal a’ implique au lieu de a E P ou (.a)~. b E P . est totalement ordonné. parmi ceux qui ne contiennent 2~ Résultats généraux~ On archimédien, K G Soient 2, ~. partie C~ de , et a : l’absurde que En effet, supposons par c.Ona 0b-tb,y On une a t b A b c donc quels que soient E K tel que et n d ~ b . . (n - l)d ~ Supposons ( (n - l)d - (n - b . Conne on a t . D’autre d $ ’o - t , donc part, nd~d+(n-l.~d~b-t+t~b , Par récurrence, on a pour tout nd $ b donc n 9 donc d = 0 , qui ce est contra- dictoire. 2.2 PROPOSITION. - c’est médien, une Si I est un idéal fermé par positifs est dit ~~orthogonal~~ si assure semble, on a infini dans un groupe archi- composante. Ceci résulte immédiatement du lemme de Zorn B/ ses en prenant K = I . Un ensemble éléments sont deux à deux orthogonaux. Ltaxiome l’existence d’ensembles orthogonaux maximaux. Si S’ = {0} , donc d’éléments S S" = G . Le lemme donne alors la S est un tel en- proposition sui- vante. 2.3 PROPOSITION. - Si chimédien, I on S est un a, pour tout b > 0 , orthogonal maximal dans un groupe ar- ~ 2.4 couple ensemble Un groupe d’éléments réticulé est archimédien si, et seulement si, pour tout positifs, Il est clair que cette condition est suffisante. Pour montrer qu’elle est néces- saire, appliquer on va b montrer que e K le lemme à l’ensemble g e IL’ . Pour tout 0 K" . Soit Knb - a) v 01 nE!}. = n , on at v n(b n(b c’est-à-dire A .~) ~ a . b suite, Par A g = 0 . En On doit C]=0 ~ appliquant lemme, il le vient Si Par sup(m , n) , nous avons b A m[(nb - a) s = conséquente est archimédien et G 2.5 COROLLAIRE. - Si G/N v N idéal fermé par un il dénombrable, est archimédien. En (nb - a) v 0 e N pour tout + b = N et N+ nb tels que 0 ~ b$a effet~ soient n. D’après N + que soit quel a la démonstration du théorème On n ~ 2.4, on a voit que1 N donc Considérons être plongé valeur de C ! a un dans a D , / et G/N représentable G groupe un est archimédien. y D D/C est un est l’intersection des isomorphe à un pour tout a a E de E une D, on de R ~ 5 ~. G, a’ a est l’intersection des valeurs de telle que D . Il existe un b ~ n Réciproquement, considérons a . donc il existe C . D étant défini tel que, dans un si, et seulement si~ est archimédien Montrons la suffisance. Soient car est C x-s-c contenant strictement sous-groupe représentable G Un groupe C qui peut , 2.6 leur groupe réticulé direct de groupes totalement ordonnés. Si produit et si c’est- à-dire D/C ~ p groupe archimédien. comme on ait plus haut, C + a on C + a une va- b nb , E D , donc un b > 0 a > 0 . Prenons Soit a) a = On g > 0 . Soit a ~b ~ az . On P un et + h (nc A a) nc = gi idéal premier tel que P , ce qui entraînerait g E P . Soit g A h = 0 , on a hEP et a fortiori Îvl ne A a E comme a Ab> 0 ,9 c = a donc il existe Posons : tel que n avec + g. P . On a~ P, a valeur de une h E I1 . Il en a car sinon contenant P , résulte que , c~ donc M, 9 b~ et finalement 3. Problème de la représentation On sait que conjecturé KRULL avait de fonctions réelles sur un que les groupes archimédiens sont les groupes ensemble. NAKAYAMA donné a contre-exemple prouvant un qu’il n’en est rien, et finalement P. JAFFARD [8J a exhibé un groupe archimédien qui n’admet aucun homomorphisme non nul dans R . Dès lors9 il ne restait plus que deux directions de recherche. La première consiste à rechercher des représentations exigeantes. Cette voie moins abouti a au théorème de Bernau [1] :i Tout groupe ar- chimédien peut être plongé dans le groupe des fonctions continues presque finies sur un espace de Stone. En suivant la méthode de [2], et BROWN on peut déduire que tout groupe en archimédien est image homomorphe d’un groupe de fonctions réelles. La deuxième voie consiste évidemment à déterminer des classes de groupes archimédiens présentables par des fonctions réelles. Dans cette WEINBERG [10] Soit G des idéaux nous que groupe archimédien. Prenons ne contenant pas x > a G 0 . Il existe n x = On a Donc x d’une part,9 E + pour tout ~~~a~ a > 0 . Soit la borne supérieure l(a) . tel que I(a~. na ~ et x . na = Posons :i (x D’autre part,q na) 0 + v v ~ na . entraîne Z(a~ . 3.2 LEM0152. - Dans lentes + + u na E x A trouve le résultat de a . ~z(a) = on re- généraliser. un 3.1 LEMiE. - On Soit allons voie y qui sont un a > groupe 0 ~1 archimédien, les conditions suivantes sont équiva- (iii) ~~(a~ - s,s (i) t a’ est maximal (iv) (i) -- ~ (ii~ . c’est-à-dire (ii) ===> ~~(a~ ~- Si ~~~ , on a G = ~’~ a~(a~ + premier . S!(a? 9 par définition de donc ~. N I~Î =; G . (iii) . On a’ ~ 03A9(a) . toujours a b n a > U Q(b qui implique ce E a est A a) et maximal. On ~~~ ~ A on a G a) = s~(a~ , A a b ~ a’ , G Si et par suite b b~ A fortiori (iii) (iv) ==~ (i) . G%at d’après (2.5). ~~I Soit = Il est bien lé, à 9 est premier. Il est archi- a’ est maximal, donc on certainement a (iv) est ~L(a~ ; il en résulte G . dans tout grou.pe réticu- équivalente, basicft. tous les R(G~ de G c ’ est-à-dire l’intersection 9 des pour a > 0 . appellerons représentation complète toute représentation qui conserve les les ) infinis. (donc Si tion premier. a’ car a’ ~= i~’i , Comme a que la condition connu Considérons le radical Nous On a . ~~(a~ - a’ , a~ . Finalement ordonné, ~~(a~ = Il n’a donc pas d’idéaux propres. valeur de une a’ implique est totalement ~ médien M (iv) ,car a ~ û~(a~ complète Soit est un groupe et G ~-~ l’est aussi. De G/R(G) archimédien, dans le groupe des fonctions réelles l’homomorphisme canonique ~~ maximale G plus , sur un G~~~(G) . admet une B/ représenta- ensemble X. Si G ~ (~(a~~ est on a G = l (a) 0~(a) ~ donc 03C6(03A9(a)) Finalement més, ce qui y est facteur direct dans dans ce qui entraîne qu’ il est fermé. s’écrit comme intersection d’idéaux maximaux fer- Pour qu’un groupe réticulé admette établit le théorème. 3.4 COROLLAIRE tation G/R(G) , complète dans le groupe des fonctions réelles sur un ensemble une représen- il faut et il suffit En soit archimédien et qu’il P. CONRAD effet, montré a tif si, et seulement si, 4. complètement son distributif. groupe abélien est qu’un complètement distribu- radical est nul. er-archimédiens. Nous que la condition archimédienne déjà remarqué avons V Nous définirons les groupes hyper-archimédiens ’~ Les groupes Nous dirons f g > 0 y g ~ 0 , ~ m ,, hyper-archimédiens peuvent principal tout 4.1 Pour un A mg peut s’écrire :i mg . par la condition f A plus forte : (m - 1, g . mg ~ être caractérisés de la façon suivante : l-s-c de la forme groupe réticulé Gy les conditions suivantes sont équiva- lentes :â (i) (ii) (iii) (i) G est hyper-archimédien ; Tout ~-s-c Tout ~-s-c =:~ (ii) principal premier Soit est facteur tel que m direct ; est maximal. f A mg $ (m - l)g . [f - (m - l)g] A qui peut slécrire ce 0 Par f E = [f conséquent, g1 A g] V f - ( (m - (ii) .~..~ (i) . Soient f = a + b ~ (m - l)g . b 0 avec Par g ~ 0 , l)g] = f et a g’ E g et A g -’ G = g’ ù~ v car Ag, (m - l)g f)] A A f g ~ 0 . A g . donc E on a I(g~ . positifs. Puisque 0 ~ b ~ G~ [f - ((m - l)g g’ . Mais A Ceci prouve que + C (- (m -. l)g ~ - .,J + a ° = [[f - (m - l)g] ~ On G = Il existe un I(~7~ ~ on entier m peut écrire tel que suite, Donc remontant le calcul précédent, on retrouve f (ii a gt ==~ (iii) . Soit donc P un G = g’ (iii) ==> (ii) . (iii) premier. Supposons + N , c’est-à-dire entraîne évidemment que tout N = G . premier est minimal. et I(g~ . Si s~ engendré par g’ G , et considérons le avait N l G , alors on pour rait trouver un premier P contenant N . près la propriété caractéristique des premiers minimaux ~~~9 g E P implique g E Prenons on D’a- g’~P , et ceci Un donne nous contradiction. une hyper-archimédien de groupe exemple est fourni par le groupe des fonctions prennent qu’un nombre fini de valeurs. La ques.tion de savoir si tout groupe hyper-archimédien peut être représenté de cette manière est ouverte. On dispose cependant de la représentation suivante 2 réelles X ensemble sur un qui ne , / hyper-archimédien si et seulement si, réelles sur un espace séparé, à supports Un groupe reticulé est 4.2 peut être représenta, par des fonctions il com- pacts. G Soit la hyper-archimédien. représentation G 2014~ ! )i Soit E G/P , où l’ensemble des idéaux premiers. Nous G/P isomorphe à est avons sous-groupe de un R . PEE Pour f E G ,y posons 1 f ~ P~ . ~~(f~ On vérifie facilement que la d’ouverts est et effet,y f1 L(f) est s’il n’en était pas P . On a donc f pour cette compact ainsi, e + z(f) ~ Réciproquement, soit G --> ... V n L(g) base I(f ) , + U la .. o P E E tel que qui implique ce 1(i~) . U représentation donnée. Soient f &#x26; 0 et , = ÎP est ouvert dans = comme Si pourrait trouver on i(i~) il G/P topologie. g ? 0 . Posons: V ~( f ~ admettant les séparée. Montrons que En E de topologie OE £(g) )1 £(g) , UV. Prenons un car ng + P » f + P) £( (f - ng)) + recouvrement fini = £(g) est L(g) n [ £((f - ng) ) . compact donc fermé. De plus, = V u .. , uV. Soit ni ~k m le des plus grand On n.. a mg + P > f Il en pour tout +P 03A3(g) . E P résulte que (f + P~ A[(m+ et finalement f n (m quel que soit P ,9 1 ~g + Il résulte immédiatement de la définition que tout sous-groupey sous-treillis hyper-archimédien, est hyper-archimédien. Grâce à (4.1 (iii)) on voit que la prcpriété se conserve par passade au quotient. Elle ne se conserve pas par produit direct infini car R[0,1] n’est pas hyper-archimédien. Par contre, on a la propriété suivante1 d’un groupe y 4.3 PROPOSITION. - Une si et seulement Soit g = G = 9 est g03BB , on directe de groupes réticulés est si9 chaque sommant Prenons + ... + g somme g > 09 hyper-archimédien. est I(g) et montrons que l(g) == donc hyper-archimédienne + peut ... a + +f~+t ... est facteur direct. On avec f i E Gi . Puisque Gi hyper-archimédien, fi = ui + si Nous avons t et si E g’ u = te + où + u E g’ , donc s = s1 u1 ... I(gi) u. E + + ... et s. E et d’autre + part, g’ . Finalement, ... + sx + t e . Le résultat suivant fournit dien et complètement 4.4 un exemple de groupe qui est à la fois hyper-archimé- distributif. P our un groupe réticulé G, les conditions suivantes sont ’ valentes : (i) G est (ii) Tout (iii) G est archimédien, est f acteur isomorphe à (i) -- ~ (ü~ . fermé par V et tout élément n’a une nombre fini de valeurs ; direct ; somme Si tout élément n’a infini qu’un directe de sous-groupes de qu’un [3J. D’après (2.2) y nombre fini de nous R . valeurs, tout avons, pour tout idéal est J, (ii) =~ (iii) . dien. P E Ey p Grâce Considérons, tel que = a’ . Par G,y L(f) P tout f donc G-/P ~ G , E ( ü.i ~ - > ( i ~ . dien. Nous est nous compact la I- G= représentation est a’ . Puisque P voyons que P = et 9 proposition tenant pas est P maximale = Il P.. (4 n4 ~ Dans l’ énoncé -. a’ ~ P , on a a , a’ donc p~ n , , , n -.-; ~~~ G/P. Pour PEE il existe donc = P’t a E {.P) . Pour plus, donc il existe un idéal premier tel que i un est G que est P1 peut être remplacée par une condition plus forte, une condition plus faible : "tout idéal est fermé qu’un ne Comme P1 ~ ~P . sont les valeurs de la condition "tout élément n’a 9 C hyper-archiméx. = 0) . Si a E G , nous avons Pn . Si P résulte que les en (4 .3 ~, 1 R.. Posons i~I a = a~ + ... + an. ~ G maximale ~~(a~ , hyper-archimé- est que donc fini. De discret~ Nous savons, par la avons savons nous la démonstration. qui achevé ce y il (3.2) (4.1), (4.2) , dans comme P = P~’ _ avons nous théorème au con- Pi a . nombre fini de valeurs" la condition (F) de Conrad, ou par 5. Soit V booléen qu’il n espace vectoriel un est existe tel que monogène élément un x $ ne . base les X(f) =={.?~ V j~ théorème (4.2) ment que E téristique clopen, de donc à est c’est dire monogène, x ,3 il existe un entier est un un un Comme ~LT 7; de il résulte immé diatement du = espace de Boole. espace de Boole 9 nous noterons E l’ espace vectoriel caractéristiques des "clopens". On vérifie aiséest réticulé. Il possède un élément archimédien2 la fonction caracE . Il est hyper-archimédien, car tout f ~ F a pour support un un 5.1 qu’il "archimédien" :i pour tout f~ est que Inversement, si E sur R engendré par Dire ~-espace un l-espace booléen, nous pouvons lui associer idéaux premiers;, avec la topologie admettant comme ouverts V* ses est V l’espace de réticulé. Nous dirons que c’ext hyper-archimédien. et e % 0 Si sur R les fonctions compact Si E (4.2). ea,t un espace topologique booléen, ’ (E*)* est homomorphe E . A tout x cation est E , associons l’ idéal premier Mx = {f e injective, car deux points distincts de E ;; donc par une f(x) e fonction de F , sont = séparés .- 0} . par Cette un appii- clopen’ tout ?4 - ?4 e . x I.l $ 1>1x , car Les L(f ) x E ce supposons par l’ absurde que ?1 # ?4 x pour est maximal, donc, pour tout x , il existe un É, idéal premier de un Alors x . $ fx 0 est ?,l Si , 1«1 forment £(£~l) # recouvrement ouvert de un u u . * . Donc B . £(f ) . ~n qui est impossible. ~ II Inapplication x un homëomorphisme, Considérons, Soit est un et V ~ g soit P a + envoyé ~(g) un avec f. e de V. C C ’ est-à-dire C E(f) = bre fini de valeursy Alors a~V mf A résulte que V. de C S(e - r) ’ ce (V ) Comme Z(g) (p(g) qui signifie que ne est compact, on peut nombre fi- prend qu’un Comme (v’V . est C ouverte il peut s’écrire C = U ÂeA 03A3(f03BB) étant compacta C V ~ est isomorphe à donc a clopen un clopens, qui sont V/P dans R (et un identifions V/P à son image. isomorphisme 1. Nous (p(v) ~ C (V ) fait en représentation :1 sur ~ == recouvrement fini, ni de valeurs. On Soit les C’est r . un la (E ) . contient les fonctions constantes. clopen. De plus extraire réticule booléen, espace (4.2), conditions, ces Si dans un de archimédien. Il existe tel que bijection de E sur E est engendrée par une topologie f e E est V Si comme V a e seul), Dans pour THÉORÈME. - 5.2 la car 03A3(f) de la forme est donc x a ~~ ~= avec = Z(f~) f ~ f u v Il ... ... v peut trouver m tel la pour image, par 03C6 , (p(v) d’où l’égalité. on o E(f~) . f e V . Comme que fonction 1 f ne prend qu’un pour tout caractéristique P de e nom- C . C . Il en 5.3 PROPOSITION. - Il existe des respondent composantes Si aux est li un ouvert, L de idéaux £t ,1e treillis e.t les J Si f est Jy e E(f)= un idéal, clopens aux cor- idéaux principaux. = [f é £~~ )1 £i) u posons Réciproquement, cette dernière condition est évidemment vérifiée. 2(g) , U E posons çJ(i£) Si isomorphisme entre le treillis des ouverts de . Dans cet isomorphisme, £es ouverts réguliers un 91 si a on g~J E(f) ~ Il en p(a(J)) (~ = ainsi que les dent. ... ... v u ~.(~) v = .- v g~) . v =l(~ v g~) ~ J v ... . I . entre les deux l’isomorphisme Dans u résulte le Donc ~(~) compléments. les treillis,y pseudo-compléments La deuxième assertion en se correspon- résulte immédiatement. ~~ 5.4 COROLLAIRE. - est E espace stonien un si, et seulement si, dans Ey toute composante est facteur direct. / B 5.5 THEOREME. - Un espace réticulé booléen il n’a nombre fini d’idéaux qu’un est V complet si, et seulement siy premiers. ~ En vertu de (5.l) et (5.2)y nous pouvons raisonner E 1~ensemble des applications continues de complet si, et seulement si, E dans sur ]R . E == V . Soit On sait que C(E y R~) ~) est [9~. est stonien ~ ~ Si E est fini, il est complet. Toute composante stonien, donc est facteur E = (E , R) directe donc E est complet. Supposons est stonien (5.4). E Montrons .;.. C(E , R) que tout 0 complété est le C(E , R) , h E CONRAD et Mc ALLISTER v = ri .De plus, est bornée égale à Nous donc C = gèbre du U est C clopen vérifie De la démonstration inférieure > 0 . La fonction complémentaire, appartient à E , et s, C Soit une E nous clopens. On compact. L’al- donc elle est finie. Il des complétion d’un groupe hyper-archimédienne. deux espaces booléens. Il existe F et F) tion entre l’ensemble e(E , F) , est C car ascendante, conclure que la peut on n’est pas nécessairement des vérifie est fini. précédente, E) suite croissante de réunion finie, une la condition de chaîne 5.6 PROPOSITION. - Soient semble peut prendre eux. C v g > 0 . Alors avec lui-même E hyper-archimédien le h l’un d’ entre clopen. C’est un s borne sa sur e R . On r réunion de clopens. Soit une 0 03A3(gn) C = résulte que en bornée par E _ C(E , R) . donc peut écrire C h s 0 telles [6J). Supposons et à C , sur avons y E dans et atteint C , il suffit de montrer que, pour v est sur cela, et il existe (P. h E . Pour de applications continues E de une F dans bijecet l t en- homomorphismes d’espace réticulé qui préservent tité. Si 03C6 E E car Soit T E / ~ y = c~(x) , associons 03C6 , sépare ~B Hom(F 9 E ) , préserve l’identité. Posons lui f les / c~ un est y est continue. En 03C6 , 03C6 = T o ~ B --> T(f)(x) Il existe donc f E . de points B / ;(f) = définie par e F effet, un homomorphisme unique, soit tel que C = de F sur R . Il T(f)(x) = f(y) . un clopen de F . On a : .. ~ C ~ 1 l donc -1 (C ) _ X E C ~( T (f ~===~ f[(p(x)] ~ est un clopen. 0 Montrons que T(f)(x) _ f(c~(x)) - ~(f)(x) donc ï(f) = (f) . 0 ,ç ~- ‘ T = ’~ . pour tout x , ~===~ X E E(ï(f)) , 2-13 BIBLIOGRAPHIE [1] BERNAU (S. J.). - Unique representation of archimedean lattice groups and normal archimedean lattice rings, Proc. London math. Soc., Series 3, t. 15, 1965, [2] p. 599-631. BROWN (Leon) and NAKANO (Hidegoro). - A representation theorem for archimedean linear lattices, Proc. Amer. math. Soc., t. 17, 1966, p. 835-837. (Richard D.). - Lattice-ordered ty, 1966). 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