Corps quotient
dans Arithmétique
Bonjour, je suis en train de traiter un exercice sur les corps quotient. La première question me semble évidente, mais je ne sais pas quoi dire de particulier à part ça !
On note $(-1,0,1)$ les éléments du corps à $3$ éléments $\mathbb{F}_3$ ; Soit $n$ un entier $\ge 0$, $q=3^n$, $F_q$ le corps à $q$ éléments.
On pose $Q(X)=X^9-X+1\in\mathbb{F}_3[X]$.
1) Montrer que $\forall X\in \mathbb{F}_q$, on a : $X^q=X$.
Que dire ? Par définition, $\mathbb{F}_q$ à $q$ éléments !
Le groupe $\mathbb{F}_q^*$ est d'ordre $q-1$, tout élément $X\in\mathbb{F}_q^*$ vérifie donc $X^{q-1}=1$, d'où $X^q=X$.
Et puis pour $0$, la relation est aussi vérifiée.
Que pensez-vous de ma courte démonstration ? Ca me semble juste.
On note $(-1,0,1)$ les éléments du corps à $3$ éléments $\mathbb{F}_3$ ; Soit $n$ un entier $\ge 0$, $q=3^n$, $F_q$ le corps à $q$ éléments.
On pose $Q(X)=X^9-X+1\in\mathbb{F}_3[X]$.
1) Montrer que $\forall X\in \mathbb{F}_q$, on a : $X^q=X$.
Que dire ? Par définition, $\mathbb{F}_q$ à $q$ éléments !
Le groupe $\mathbb{F}_q^*$ est d'ordre $q-1$, tout élément $X\in\mathbb{F}_q^*$ vérifie donc $X^{q-1}=1$, d'où $X^q=X$.
Et puis pour $0$, la relation est aussi vérifiée.
Que pensez-vous de ma courte démonstration ? Ca me semble juste.
Réponses
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C'est ok, je rajouterais juste "par Lagrange" à l'endroit où tu l'as utilisé (tu)
-
Oui, merci, j'avais oublié.
Seconde question) Montrer que le polynôme $Q$ n'a pas de racines dans $\mathbb{F}_3$ ni dans $\mathbb{F}_9$.
Pour le premier cas, ça se vérifie en deux seconde.
En revanche pour le deuxième, je l'ai montré de la même façon, mais c'est un peu long... Il n'y a pas plus court que de calculer $Q(0), Q(1), \dots ,Q(8)$ ? -
Dans $\mathbb{F}_9$, ton polynôme ne prend que la valeur 1.The real danger is not that computers will begin to think like men, but that men will begin to think like computers.
-- Harris, Sidney J. -
Bonjour,
A la question précédente, n'as-tu pas démontré que $X^9=X$ pour tout $X$ ?
Amicalement. -
Arf oui! Quelque soit $X$ donc dans $\mathbb{F}_9$, $X^9=X$
Donc $X^9-X+1=1$ pour tout $X$
En revanche, pourquoi :
$Q(2)=2^9-2+1=8^3-1=(-1)^3-1=-2=7$ ?? -
Bonjour Jona
Révise la table de multiplication dans F9 (tu n'es pas dans Z/9Z qui d'ailleurs n'est pas un corps).
Tu es en caractéristique 3 donc -2 = 1
Alain -
Mais quelle est la différence alors entre $F_3$ et $F_9$ dans ce cas ? (désolé si ma question sonne comme étant bête...)
-
Bonjour Jona
Ben F3 est un sous-corps de F9, comme R est un sous-corps de C.
Or -2 = (-1)*2 qui sont tous deux dans F3, donc le calcul se fait dans F3.
Il faut bien voir que F9 s'obtient à partir de F3 par adjonction d'une racine a d'un polynôme de degré 2, irréductible de F3[X], par exemple X²+X-1
Tu as donc F9 = F3[ a ] en appelant a un élément tel que a²=-a+1
et F9 = F3 + a F3 = { x+a.y | x,y € F3 }
Alain -
Ah ok je vois...
Donc par exemple, dans $F_9$, $Q(4)=4^9+4-1=1^9+1-1=1$ ?
L'unique différence au final entre les corps $F_3$ et $F_9$ serait donc : $Q(X)=0$ dans $F_9$ entraine que $X=a$. Alors que dans $F_3$ cette relation n'a pas lieu d'être, ou du moins n'admet pas de solution.
(Je crois que je commence à piger des trucs... Il serait temps !) -
Re-bonjour
\begin{quote}
Donc par exemple, dans $ F_9$, $ Q(4)=4^9+4-1=1^9+1-1=1$ ?
\end{quote}
Ici 4 est un élément de $\mathbb F_3$, donc $4=1$
Pour avoir un élément de $\mathbb F_9$, tu dois ajouter un élément qui n'est pas dans $\mathbb F_3$, par exemple $a$ racine de $X^2+X-1$, comme je te l'ai indiqué dans mon message précédent.
Tu peux alors considérer les éléments de $\mathbb F_9$ comme des vecteurs à 2 dimensions sur $\mathbb F_3$ c'est à dire $\{x+ay\mid x,y\in \mathbb F_3\}$, dont une base est par exemple $\{1, a\}$.
ou bien comme la juxtaposition de $0$ et du groupe multiplicatif $\mathbb F_3^* = \{1,a,a^2,\ldots,a^7\}$ cyclique d'ordre $q-1=9-1=8$
Un bon exercice pour se familiariser est de vérifier que $a^2, a^3,\ldots,a^7$ forment bien des vecteurs $x+ay$ tous différents.
Alain -
Oui, je crois que j'ai bien compris maintenant.
Donc $F_9$ possède $3^2$ éléments ? Par exemple, $1+a$ est un élément de $F_9$ qui n'est pas dans $F_3$ ?
Donc si j'ai bien compris, écrire : $F_6$ par exemple n'a pas de sens en soit ? Car 6 n'est pas un nombre premier, et 6 n'est pas un carré. Est-ce une bonne analyse ? -
Re-bonjour
$\mathbb F_q$ n'a de sens que si $q$ est une puissance d'un nombre premier $p$, c'est à dire $q=p^r$. On obtient alors les éléments de $\mathbb F_q$ en ajoutant une racine d'un polynôme de degré $r$, primitif irréductible dans $\mathbb F_p[X]$.
Alain
PS : Pour aider les calculs, tu peux aller : http://wims.unice.fr/wims/wims.cgi?session=SS8741E078.4&+lang=fr&+module=tool\/algebra\/calcff.fr -
J'ai continué l'exercice, on me demande de montrer que l'anneau $\mathbb{F}_3[X]/(X^3-X-1)$ est un corps $K$.
J'ai justifié que par le fait que : $X^3=X$ pour tout $X\in\mathbb{F}_3$ donc $X^3-X-1=2$ pour tout $X$, donc ce polynôme est irréductible dans $\mathbb{F}_3[X]$ Donc on a bien là un corps.
Je dois préciser le cardinal et la caractéristique de ce corps. J'ai dit : cardinal=$3^2=9$ et la caractéristique=3 (car 1+1+1=0 ...)
Est-ce correct ?
ps: c'est le corps à 9 éléments donc ? C'est-à-dire : $\mathbb{F}_9$ -
Bonjour Jona.
1) Le polynôme $(X^3-X+1)^2$ n'a pas de racine dans $\mathbb{F}_3[X]$ et il n'est pas irréductible. Ton raisonnement est incomplet.
2) Quelle est la dimension de l'ev des polynômes de degré $\leqslant2$ ?
amicalement,
e.v.Personne n'a raison contre un enfant qui pleure. -
ev a écrit:1) Le polynôme $ (X^3-X+1)^2$ n'a pas de racine dans $ \mathbb{F}_3[X]$ et il n'est pas irréductible. Ton raisonnement est incomplet.
Oui en effet pardon, j'ai oublié de dire : "et $X^3-X-1$ est de degré 3".ev a écrit:2) Quelle est la dimension de l'ev des polynômes de degré $ \leqslant2$ ?
La dimension est 3, car c'est généré par : $\{1,x,x^2\}$ ... Donc le cardinal est plutôt : $3^3=27$ ... -
Plutôt !
e.v.Personne n'a raison contre un enfant qui pleure. -
Cool, je crois que j'ai compris la notion de ... Comment on dit ? "$\mathbb{F}_3\mbox{espace vectoriel -}K$" ?
-
J'ai continué,
Soit $\alpha$ la classe de $X$. Montrer que les seules racines de $Q$ dans $K$ sont $\alpha, \alpha+1, \alpha-1$.
J'ai commencé par écrire que : $\alpha^3=\alpha+1$.
A partir de là, je vérifie bien que ce sont en effet des racines de Q, mais comment prouver que ce sont les seules ...?
Peut-être on peut écrire : $Q(X)=X^9-X+1=(X^3)^3-X+1$ ... Ce qui justifierait qu'il y ai au plus 3 racines car $K$ est un corps ... Non? -
Rappelons le contexte :
on considère le polynôme $Q=X^9-X+1 \in \mathbb F_3[X]$.
On note $K=\dfrac{\mathbb F_3[X]}{\langle X^3-X-1\rangle}$ qui est un corps à 27 éléments. En appelant $\alpha$ la classe de $X$, on a $K=\mathbb F_3(\alpha)$.\\
Considérons à présent un élément $x \in K$. Alors il existe $a,b,c \in \mathbb F_3$ tels que $x= a \alpha^2+ b \alpha + c$.\\
Regardons ce que donne $x^9-x+1$.\\
$x^9=(a \alpha^2+ b \alpha + c)^9 = a \alpha^{18} + b \alpha^9+c$. Or $\alpha ^3 = \alpha +1$, donc $\alpha ^9= \alpha ^3+1= \alpha -1$, donc $\alpha^{18}= \alpha^2+\alpha +1$.
D'où $x^9= a(\alpha ^2 + \alpha +1) +b(\alpha -1)+c$.\\
Ainsi, après simplifications, $x^9-x+1= a \alpha + a-b+1$.
Donc $Q(x)=0 \Leftrightarrow a=0$ et $b=1 \Leftrightarrow x \in \{ \alpha, \alpha+1, \alpha -1 \}$.
Ce qui prouve bien que ce sont là les seules racines de $Q$ dans $K$, n'est-ce pas ??
Clairon -
Je vois, je vois. Merci.
-
Re-bonjour.
Je cherche maintenant à montrer que $X^3-X-1$ divise $Q(X)$.
Pour cela j'ai effectué la division Euclidienne de $Q(X)$ par $X^3-X-1$, et je me suis rendu compte que le reste était nul. Donc par définition, $X^3-X-1$ divise bien en effet, $Q(X)$.
Néanmoins, n'y avait-il pas plus subtil ? Et moins long ?
Merci. -
Bonjour Jona.
Modulo $X^3-X -1$, $X^3 = X+1$, d'où $X^9 = (X+1)^3 = X^3 + 1 = X+2$, d'où $X^9 - X + 1 = 3 = 0$.
amicalement,
e.v.Personne n'a raison contre un enfant qui pleure. -
Hmm, oui en effet, c'est plus élégant, et moins fastidieux que de faire la division Euclidienne.
Sinon je me posais une question d'ordre général concernant ce qu'a dit Clairon.Clairon a écrit:Considérons à présent un élément $ x \in K$. Alors il existe $ a,b,c \in \mathbb F_3$ tels que $ x= a \alpha^2+ b \alpha + c$.
Comment le justifier ? Peut-on dire en général : si on a $K=\mathbb{F}_{q}[X]/P(X)$, alors tous les éléments de $K$ seront de la forme : $a_1X^{n-1}+a_2 X^{n-2}+\dots a_{n}$ , avec $a_i\in\mathbb{F}_q$ ? ($n$ est le degré de $P$) -
Justement, regarde ce qui se passe modulo $P$.
e.v.Personne n'a raison contre un enfant qui pleure. -
Oui, en effet... Si $\deg(Q)< \deg(P)$ où $Q$ est le polynôme associé à un élément de $K$ (enfin je veux dire l'inverse de la classe?), alors on a bien notre relation... (reste juste à trouver les coefficients selon les circonstances en fait.)
Si $\deg(Q) \ge \deg(P)$, alors il existe $A,R$ tel que : $Q=AP+R$ avec $\deg(R) < \deg(P)$ et $Q$ sera égal à $R$ modulo $P$. Et donc on aura toujours notre relation. -
Comment puis-je montrer maintenant que $R(X)=X^6+X^4+X^3+X^2-X-1$ n'a pas de racine dans $\mathbb{F}_3,\mathbb{F}_9,\mathbb{F}_{27}$ ...?
J'ai essayé de calculer : $(X^3-X-1)^2=R(X)-1$
Donc : $(X^3-X-1)^2+1=R(X)$ ... Or si $R(X)$ avait une racine, on aurait l'égalité : $(X^3-X-1)^2=2$
Ceci me semble impossible car il n'y a pas d'élément vérifiant cette relation... Mais bon tout ceci n'est pas très rigoureux... Pourriez-vous m'aider ? -
Quoique j'ai peut-être du nouveau... Si on multiplie par $(X^3-X-1)$ des deux côtés de l'égalité, on obtient : $$(X^3-X-1)^2=2\Longleftrightarrow Q(X)=0$$
Donc si $R(X)=0$ admet une racine, elle fait partie de l'ensemble des racines de $Q$ de sur $K=\mathbb{F}_ {27}$. Soit $\alpha, \alpha+1,\alpha-1$.
Je suppose qu'on vérifie assez rapidement que ce n'est pas le cas. -
Je n'ai pas lu tes derniers messages, mais voilà qui pourrait peut-être t'aider ? :
On a sur $\mathbb F_3$, la factorisation :
$X^9-X+1=(X^3-X-1)(X^6+X^4+X^3+X^2-X-1)$.
Clairon. -
Oui ça je le savais déjà car je mettais tapé la division Euclidienne tout à l'heure ... Néanmoins vu la logique de mon exo, il semblerait que c'est ce qu'on doit en conclure ! (cf dernière question : Donner la décomposition de Q en produit de facteurs irréductibles)
Donc j'ai pensé qu'il fallait surement raisonner autrement pour cette question.
Au passage j'ai calculer $R(\alpha)=R(\alpha+1)=R(\alpha-1)=1$. Donc si mon raisonnement précédent est bon, on conclue que $R$ n'a pas de racine sur $\mathbb{F}_{27}$ et donc par conséquent n'en n'a pas non plus sur : $\mathbb{F}_9$ et $\mathbb{F}_3$ qui sont inclus dans $\mathbb{F}_{27}$
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