Sandrine CARUSO
Polynômes irréductibles de Fq.
Référence : Francinou-Gianella, Exercices pour l’agrégation, algèbre 1
Proposition. Soit Fqun corps fini de cardinal q. Pour tout n∈N∗, il existe un polynôme
irréductible sur Fqde degré n. Le nombre de tel polynômes est équivalent à qn
nlorsque
n→ ∞.
On note A(n, q)l’ensemble des polynômes irréductibles de degré nsur Fq, et I(n, q) =
Card A(n, q).
Soit dun diviseur de net Pun polynôme irréductible de degré d. Montrons que P
divise Xqn−X. Soit K=Fq[X]/(P)un corps de rupture de P, et notons xla classe
de Xdans K. Comme [K:P] = deg P=d,Kest isomorphe à Fqdet donc xqd=x.
Par récurrence, on déduit du fait que ddivise nque xqn=x. Donc Pdivise Xqn−X.
Inversement, montrons que si Pest un diviseur irréductible de Xqn−X, alors le
degré dde Pdivise n. Le polynôme Xqn−Xest scindé sur Fqn, notons xune racine
de Pdans Fqn, et K=Fq(x). Le corps Kest un corps intermédiaire entre Fqet Fqn, et
[Fqn:Fq] = [Fqn:K][K:Fq]. Comme [Fqn:Fq] = net [K:Fq] = d, on en déduit
que ddivise n.
Ainsi,
Xqn−X=Y
d|nY
P∈A(d,q)
P
et en prenant le degré de ce polynôme, on obtient
qn=X
d|n
dI(d, q).
La formule d’inversion de Möbius donne alors
nI(n, q) = X
d|n
µn
dqd.
Notons
rn=X
d|n
d<n
µn
dqd
de sorte que nI(n, q) = qn+rn. On a la majoration
|rn|6
bn
2c
X
d=1
qd=qqbn
2c−1
q−1.
D’une part, |rn|< qn, donc I(n, q)>0, d’autre part, |rn|=O(qbn
2c) = o(qn)donc
I(n, q)∼qn
n.
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