+
on+applique+le+lemme+précédent+à+𝐴=𝑋!!!−1 et+𝐵=𝛷!
!|(!!!)
!!!!!
+donc+le+quotient+
𝛷!!!∈ℤ[𝑋].+
+
2. Soit+𝑝 premier+qui+divise+𝛷
!(𝑎),+où+𝑎∈ℤ,+mais+aucun+des+𝛷!(𝑎),+où+𝑑+décrit+l’ensemble+
des+diviseurs+stricts+de+𝑛.+Comme+𝑝|𝛷
!(𝑎),+il+divise+aussi+𝑎!−1.+Ainsi+l’ordre+de++𝑎+
dans+ℤ!
×+divise+𝑛.++
+
Montrons#que#cet#ordre#est#exactement#𝒏.##
Si+𝑑|𝑛+avec+𝑑<𝑛,+on+a+dans+ℤ!+:++
𝑎!−1=𝛷!!(𝑎)
!!|!
+
Or+si+𝑑!|𝑑,+𝑑!|𝑛+et+par+hypothèse,++𝛷!
!(𝑎)≠0+et+puisque+ℤ!+est+intègre,+le+produit+d’éléments+
non+nuls+est+non+nul+:+𝑎!≠1.+L’orde+de+𝑎+est+donc+𝑛.+Comme+cet+ordre+divise+𝑝−1+d’après+le+
théorème+de+Lagrange+(|ℤ!
×|),+𝑝+est+de+la+forme+𝜆𝑛 +1+avec+𝜆+entier.++
+
3. Montrons#qu’il#existe#alors#une#infinité#de#nombres#premiers#de#cette#forme.#
+
Raisonnons+par+l’absurde+et+supposons+qu’il+n’existe+qu’un+nombre+fini+𝑝!,…,𝑝!+de+nombres+
premiers+de+cette+forme,+c’est-à-dire+congrus+à+1+modulo+𝑛.+
Si+on+arrive+à+trouver+𝑎+et+𝑝+vérifiant+les+conditions+de+la+question+précédente,+on+pourra+
affirmer+que+𝑝≡1 [𝑛]+
Pour+éviter+qu’un+tel+𝑝=𝑝!,1≤𝑖≤𝑞,+ce+qui+ne+nous+donnerait+pas+de+contradcition,+posons+
alors+𝑁=𝑛𝑝!…𝑝!.+
Si+𝑝≡1 [𝑁],+alors+𝑝+ne+peut+être+égal+à+un+des+𝑝!+(sinon,+comme+𝑝!<𝑁,+on+aurait+𝑝≡𝑝! [𝑁])+
et+pourtant+on+a+bien+𝑝≡1 [𝑛].++
Il+faut+donc+trouver+𝑎∈ℤ+et+𝑝+premier+tel+que+𝑝 divise 𝛷!(𝑎)+et+ne+divise+pas+
𝛷!𝑎,∀𝑑|𝑁,𝑑<𝑁.+
On+note+:+
𝐵=𝛷!
!|!
!!!
+
On+doit+donc+trouver+𝑎∈ℤ+et+𝑝+premier+tel+que+𝑝|𝛷!𝑎+et+𝑝∤ 𝐵(𝑎).++
Le+polynôme+𝐵+est+donc+premier+avec+𝛷!+dans+ℂ[𝑋]+:+en+effet+ils+sont+scindés+sur+ℂ+et+n’ont+
aucune+racine+en+commun.+Ils+sont+donc+aussi+premier+entre+eux+dans+ℚ[𝑋].+
D’après+le+théorème+de+Bézout,+il+existe+donc+𝑈,𝑉∈ℚ[𝑋]+tels+que+:+
𝑈𝛷!+𝑉𝐵 =1+
De+plus,+∃ 𝑎∈ℤ+tel+que+𝑎𝑈 ∈ℤ𝑋+et+𝑎𝑉 ∈ℤ[𝑋].+Comme+𝛷!∉{−1,0,1},+on+peut+même+choisir+
𝑎∈ℤ+tel+que+𝛷!𝑎∉{−1,0,1}.+On+a+donc+:++
𝑎𝑈(𝑎)𝛷!𝑎+𝑎𝑉(𝑎)𝐵(𝑎)=𝑎+
Soit+𝑝+un+nombre+premier+divisant+𝛷!𝑎.+Alors+𝑝| (𝑎!−1).++
Dans+ℤ!,𝑎!=1+et+donc+𝑎+est+inversible+ce+qui+signifie+que+𝑎+est+premier+avec+𝑝.++
Si+𝑝+divisait+𝐵(𝑎),+il+diviserait+𝑎𝑈(𝑎)𝛷!𝑎+𝑎𝑉(𝑎)𝐵(𝑎)=𝑎+ce+qui+est+exclu+car+𝑎+et+𝑝+sont+
premiers.+On+est+donc+dans+les+hypothèses+de+la+question+préédente,+et+on+a+trouvé+𝑝+premier+
(différent+des+𝑝!)+congru++à+1+modulo+𝑛,+d’où+la+contradiction.+