Cours d’Alg`
ebre II Bachelor Semestre 4
Prof. E. Bayer Fluckiger 21 avril 2010
Corrig´e 21
Exercice 1
a) On a (5 + 2i)(5 2i) = 25 4i2= 25 + 4 = 29.
b) Comme 5+2i /29A(car il n’existe pas d’´el´ement a+bi de Z[i] tel que 5+2i= 29(a+bi))
et de mani`ere analogue 5 2i /29A, mais par contre (5 + 2i)(5 2i) = 29 29A, l’id´eal
29An’est pas un id´eal premier de A.
c)α) Montrons que fest un homomorphisme d’anneaux. Soient x=a+ib, y =a+ibA.
On a : f(x+y) = f((a+a) + i(b+b))
= [(a+a) + 12(b+b)]29
= [a+ 12b]29 + [a+ 12b]29
=f(x) + f(y) ;
f(x)f(y) = [a+ 12b]29 [a+ 12b]29
= [(aa+ 144bb) + 12(ab+ab)]29
= [(aabb) + 12(ab+ab)]29
=f((aabb) + i(ab+ab))
=f(xy) ;
f(1) = [1]29.
Pour tout aZ, on a f(a) = [a]29 , donc fest surjectif.
Expliquons maintenant d’o`u provient la formule f(a+ib) = [a+ 12b]29. Il s’agit donc
de construire un homomorphisme d’anneaux f:AF29. On a f(1) = [1]29 et alors
n´ecessairement f(a) = [a]29 pour tout aZ(par additivit´e de f). Il reste `a d´efinir f(i),
ce qui va d´eterminer fde mani`ere unique : si f(i) = α, alors il s’ensuit que, pour tous
a, b Z, on a f(a+ib) = f(a) + f(i)f(b) = a+αb. On a i2+ 1 = 0. Si l’on applique
l’homomorphisme f, on obtient f(i)2+[1]29 = [0]29, donc f(i) doit ˆetre racine du polynˆome
x2+ [1]29 F29[x]. On v´erifie que les racines de ce polynˆome sont [12]29 et [12]29. Par
cons´equent, on doit avoir f(i) = [12]29 ou f(i) = [12]29. Ici, on a choisi f(i) = [12]29 , ce
qui donne lieu `a la formule en question.
β) Soient a, b Ztels que 29 |a+12b. On cherche c, d Ztels que a+bi = (5+2i)(c+di),
c’est-`a-dire tels que a= 5c2det b= 5d+ 2c. Soit kZtel que a+ 12b= 29k. Alors
on obtient c+ 2d=ket 2c+ 5d=b, d’o`u l’on d´eduit que c= 5k2bet d=b2k. Par
cons´equent, Ker(f)(5 + 2i)A. R´eciproquement, on a f(5 + 2i) = [29]29 = [0]29, d’o`u
(5 + 2i)AKer(f).
γ) Par passage au quotient, finduit un isomorphisme d’anneaux de A/(5 + 2i)Asur F29.
Comme F29 est un corps, il en r´esulte que (5 + 2i)Aest un id´eal maximal.
d) On raisonne comme ci-dessus en consid´erant cette fois l’homomorphisme d’anneaux
g:AF29 d´efini par g(a+ib) = [a12b]29 pour tout a+ib A.
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Exercice 2
a) Soit nNtel que nZsoit un id´eal maximal de Z. Alors n6= 0 car {0}n’est pas un
id´eal maximal de Z. Si nn’est pas premier, alors il existe dN, 1 < d < n, tel que d
divise n. On a alors nZ dZ, ce qui contredit la maximalit´e de nZ.
R´eciproquement, soit nun nombre premier. Soit Jun id´eal de Ztel que nZJ. Soit
dNtel que J=dZ. Alors ddivise n, d’o`u d= 1 ou d=n. Par cons´equent, J=Zou
J=nZ. Ainsi, nZest un id´eal maximal.
b) Il est clair que {0}est un id´eal premier de Z. Soit I=nZun id´eal premier non nul
de Z. Si nn’est pas un nombre premier, alors il existe m, p Ntels que 1 < m < n,
1< p < n et n=mp. Alors nI, mais m, p /I, ce qui contredit le fait que Iest premier.
R´eciproquement, si nest un nombre premier, alors, d’apr`es a), l’id´eal nZest maximal. Il
est donc aussi premier.
c) C’est une cons´equence imm´ediate de a) et b).
Exercice 3
a) Soit nNla caract´eristique de F. Par d´efinition, nest tel que nZest le noyau de
l’homomorphisme d’anneaux ZF,n7→ n·1F. Puisque Fest fini, nest non nul, et
puisque Fest un corps commutatif, donc en particulier un anneau int`egre, nest un nombre
premier.
b) Par passage au quotient, l’homomorphisme d’anneaux ZFci-dessus induit un ho-
momorphisme de corps ϕ:FpF. On v´erifie alors que la loi d’addition de Fet la loi
de composition externe Fp×FF, (a, x)7→ ϕ(a)xconf`erent `a Fune structure d’espace
vectoriel sur Fp.
c) Comme Fest fini, sa dimension en tant qu’espace vectoriel est finie. Si d1 est la
dimension de Fsur Fp, alors Fest isomorphe, en tant qu’espace vectoriel sur Fp, `a (Fp)d.
Il s’ensuit que le cardinal de Fest ´egal `a pd.
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