Géométrie projective sur un corps fini

Bonjour à tous,

Dans le plan projectif sur un corps fini $\mathbb{F}_q$, comment montrer "élégamment" que le nombre de droites passant par un point donné égale $q + 1$?

J'ai une preuve un peu "manuelle" qui consiste à considérer les coordonnées homogènes dans $\mathbb{F}_q^3$ : une droite vectorielle est représentée par les coordonnées homogènes d'un vecteur directeur $u[x,y,z]$ de cette droite ; un plan vectoriel est représenté par les coeffcients $[a,b,c]$ d'une de ses équations $ax + by+cz=0$.

Pour savoir si la droite vectorielle $[x,y,z]$ appartient à un plan vectoriel $[a,b,c]$ (a.k.a si le point projectif appartient à la droite projective), il suffit de vérifier si $ax+by+cz=0$.

En énumérant les différents cas pour les coorodnnées homogènes ( $[1, y,z]$, $[0,1,z]$ et $[0,0,1]$) en distinguant les cas $y=0$ et $z=0$ j'arrive laborieusement à montrer que dans tous les cas, on a bien $q+1$ droites passant par un point donné.

Y aurait-il une preuve plus élégante de ce résultat ? Des points bonus si la preuve est constructive et peut se "programmer", c'est-à-dire qu'à partir des coordonnées d'un point projectif on obtient toutes les coordonnées des droites projectives passant par ce point.

N.B.: mon problème vient du jeu de Dobble : https://images.math.cnrs.fr/Dobble-et-la-geometrie-finie.html

Réponses

  • Bonjour,

    Tu prends une droite projective $D$ du plan ne contenant pas le point $P$ (une des droites $x=0$, $y=0$, $z=0$ fait forcément l'affaire). Il y a alors une bijection entre l'ensemble des droites passant par $P$ et l'ensemble des points de $D$, qui à toute droite passant par $P$ associe son point d'intersection avec $D$.
  • Merci GaBuZoMeu, je sentais bien qu'on pouvait exprimer ça à l'aide d'une bijection et donc avoir un résultat qui marche aussi sur un corps quelconque.

    Le problème se résume donc à dénombrer les points d'une droite projective. Et là à part faire le même genre d'énumération que j'ai évoqué précédemment, je ne vois pas (à mieux y réfléchir, j'ai l'impression qu'on s'est ramené au problème dual du mien). Des pistes ?
  • La droite projective sur le corps $\mathbb K$, c'est $\mathbb K \cup\{\infty\}$.
    Par exemple la droite $x=0$ du plan, c'est les $(0:y:1)$ pour $y\in \mathbb K$, plus $ \color{red}{(0:1:0)}$.

    Coquille corrigée.
  • Une droite projective moins un point s'identifie à une droite affine, qui possède $q$ points.

    Edit : doublé ... :-D
  • GaBuZoMeu écrivait:
    > $(0:y:1)$ pour $y\in \mathbb K$, plus $(0:0:1)$.

    Plus $(0:1:0)$ tu veux dire?
  • Ou alors, dans un $\mathbb F_q$-plan vectoriel, il y a $\dfrac{q^2-1}{q-1}=q+1$ vecteurs deux à deux non colinéaires.
  • @sebsheep : oui, c'est bien $(0,1,0)$ (la classe de )
  • Avec la dualité : nombre de droites projectives passant par $P$ = nombre de droites du faisceau de centre $P$ = nombre de points de sa droite duale = nombre de points d'une droite projective de $\mathbb{F}_q$ = nombre de vecteurs non nuls du plan vectoriel / nombre de scalaires non nuls = $(q^2 - 1) / (q-1) = q+1 $.
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