Anneau quotient fini

Bonjour, $\mathbb{Z}$ est infini mais $\mathbb{Z}/n\mathbb{Z}$ est fini.
Quand sait-on que le quotient devient fini? Il peut être infini si je quotiente le sous-groupe trivial neutre par exemple...

Plus généralement, est-ce que cela provient d'un résultat qui a un lien avec le fait que si $A$ est un anneau et que je quotiente $I$ un idéal, alors ce quotient est toujours fini?

Merci .

Réponses

  • C'est une question qui peut être compliquée. En particulier $A/I$ n'est pas toujours fini du tout ($\mathbb Z[X]/(X)$...)

    Ici ça a plus un lien avec le fait que $\mathbb Z$ est euclidien avec un stathme $\psi$ tel que $\{x\mid \psi(x) < n \}$ est fini pour tout $n$. Mais cette "propriété générale" ne te dira certainement rien qui ne soit pas évident (par exemple $k[x]/(P)$ lorsque $k$ est un corps fini)
  • @Code_Name

    Concernant ta dernière phrase, que penses-tu du quotient de $(\Z, +, \times)$ par l'idéal $\{ 0 \}$ ?

    Sinon, je te propose de chercher (dans $\R$ et $\C$ par exemple), des exemples de groupes quotients $G/H$ où $G$ et $H$ sont tous les deux infinis, mais $G/H$ est fini ou infini, selon le cas.
  • Soit $L$ un corps de nombres et $\mathcal O_L$ l'anneau de ses entiers algébriques.
    Soit $I$ un idéal non nul de $\mathcal O_L$.
    Alors $\mathcal O_L/I$ est fini.
  • Notons quand même un résultat cool: si $A$ est une $\mathbb{Z}$-algèbre de type fini (i.e un quotient de $\mathbb{Z}[X_1,\ldots,X_n]$ par un idéal $I$), et si $\mathfrak{m}$ est un idéal maximal de $A$, alors $A/\mathfrak{m}$ est un corps fini.

    D'ailleurs réciproquement si $\mathfrak{p}$ est un idéal premier tel que $A/\mathfrak{p}$ soit fini, alors $\mathfrak{p}$ est maximal (car $A/\mathfrak{p}$ est alors un anneau intègre fini donc un corps).

    Bien sur si $I$ n'est pas premier, il se peut que $A/I$ puisse quand même être fini ($\mathbb{Z}/n\mathbb{Z}$).
  • Salut Chat-maths,

    Pas mal mais je trouve mon résultat encore plus cool (et encore plus proche de $\mathbb Z$ en quelque sorte). B-)-
  • Bonjour et merci pour vos réponses.
    Maxtimax j'essaie d'exploiter votre propriété, c'est-à-dire de montrer que $k[x]/(P)$ est fini lorsque $k$ est un corps fini.

    Pour cela, on sait que $k$ est un corps donc $k[x]$ est euclidien. Mon idée est de réduire l'écriture de tout $[Q(x)]\in k[x]/(P)$ aux seuls $[r(x)]\in k[x]/(P)$ avec $\deg(r)<\deg(P)$.
    Vu qu'on a un anneau euclidien, et je suppose pour l'instant $\deg(Q)>\deg(P)$, on peut écrire par la division euclidienne que $Q(x)=a(x)P(x)+r(x)$ avec $\deg(r)<\deg(P)$
    Par conséquent, on a dans $k[x]/(P)$ que $[Q(x)]=[a(x)P(x)]+[r(x)]=[r(x)]$.
    Donc on peut se limiter aux polynômes de degré $< \deg(P)$.

    Il faudrait encore utiliser la finitude de $k$ pour continuer mais je ne vois pas...
  • gai requin http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?3,2071928,2071958#msg-2071958 j'ignorais ce résultat, c'est cool ! bien mieux que le mien :-D C'est facile à prouver ?

    code_name : un polynôme est déterminé par ses coefficients. Combien de polynômes peuvent être de degré $<n $ ?
  • Mais oui merci beaucoup :-)
  • @Max: Une tentative de preuve, probablement bien trop technologique pour ce que c'est mais je suis pas très bon pour les trucs simples (:P), et surtout que ça fait longtemps (en fait pas si longtemps mais j'ai mauvaise mémoire) que j'ai bossé ces trucs:

    $\mathcal{O}_K$ est un anneau de Dedekind donc
    - Il est de dimension 1
    - Tout idéal s'écrit de manière unique comme produit de puissances d'ideaux premiers (en fait je planque un peu la difficulté la dessous, c'est vraiment le point clé du truc, mais c'est assez classique).

    Et en tant que groupe, $\mathcal{O}_K$ est un $\mathbb{Z}$-module de type fini.

    Du coup, on prend $I$ non nul, on l'écrit $I := \prod_i^m \mathfrak{p}_i^{n_i}$, les $\mathfrak{p}_i$ sont non nuls et par la dimension, ils sont maximaux. Les $(\mathfrak{p}_1,\ldots,\mathfrak{p}_m)$ sont deux a deux comaximaux, donc il en est de même des $\mathfrak{p}_i^{n_i}$ (écrire $1 = a + b$ où $a \in \mathfrak{p}_i, b \in \mathfrak{p}_j$ et mettre à la bonne puissance), par restes chinois, $\mathcal{O}_K/I\mathcal{O}_K \cong \prod \mathcal{O}_K/\mathfrak{p}_i^{m_i}\mathcal{O}_K$. Suffit donc de montrer que les $\mathcal{O}_K/\mathfrak{p}_i^{m_i}\mathcal{O}_K$ sont finis.

    Maintenant, $\mathcal{O}_K$ est une $\mathbb{Z}$-algèbre de type fini et $\mathfrak{p}_i$ étant maximal, $\mathfrak{p}_i \cap \mathbb{Z} = (p_i)$ pour un nombre premier $p$ (c'est essentiellement équivalent à ce que je disais sur les $\mathbb{Z}$-alg de type fini), donc $p^{m_i} \in \mathfrak{p}_i^{m_i}$, donc $p^{m_i}\mathcal{O}_K \subset \mathfrak{p}_i^{m_i} \subset \mathcal{O}_K$ et $\mathcal{O}_K/p^{m_i}\mathcal{O}_K$ est un groupe abélien de type fini de torsion et est donc fini, et donc $\mathcal{O}_K/\mathfrak{p}_i^{m_i}\mathcal{O}_K$ est fini.

    Edit: la preuve de b.b ci-dessous est bien mieux et bien plus simple (:D, ça m'apprendra à parler de ce que je ne maitrise pas :P
  • Salut.

    Soient $M$ un $\Z$-module de rang fini $n$ et $N$ un sous-module de même rang. D'après le théorème des bases adaptées, il existe une $\Z$-base $(e_1,\dots,e_n)$ et des entiers $a_1\mid\dots\mid a_n$ (uniques au signe près) tels que $(a_1 e_1,\dots,a_n e_n)$ est une $\Z$-base de $N$. Ces bases étant fixées, on peut écrire un isomorphisme $M/N\cong\prod_{k=1}^{n}\Z/|a_k|\Z$ et l'indice $[M:N]$ est fini, égal à $|a_1\dots a_n|$.

    Cas particulier : $K$ est un corps de nombres de degré $n$, le module $M$ est égal l'anneau des entiers $\mathcal{O}_K$ et $N$ est un idéal non nul $I$ de $\mathcal{O}_K$. Le $\Z$-module $\mathcal{O}_K$ est libre de rang $n$ et $I$ est un sous-module de rang $r\le n$ (car $\Z$ est principal). Il suffit de montrer que $r=n$. Soit $\alpha\in I$ non nul et $f=X^m+a_1 X^{m-1}+\dots+a_m$ son polynôme minimal sur $\Q$. D'après l'égalité $a_m=\alpha(-\alpha^{m-1}-a_{1}\alpha^{m-2}-\dots-a_{m-1})$, le coefficient $a_m$ appartient à $I\cap\Z$ et comme $\alpha$ est non nul, $a_m$ l'est aussi. Soit $(e_1,\dots,e_n)$ une $\Z$-base de $\mathcal{O}_K$. D'après ce qui précède, les $a_m e_k$ forment une famille de $n$ éléments de $I$ linéairement indépendants sur $\Z$, donc forcément $r=n$.

    Pour $I\ne 0$, cet indice $[\mathcal{O}_K:I]$ est appelé norme de l'idéal $I$ en théorie algébrique des nombres.
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