Corps quotient

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.

Réponses

  • 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
  • Merci, je comprends maintenant.
    AD a écrit:
    PS : Pour aider les calculs, tu peux aller : [wims.unice.fr]
    Vous me l'aviez déjà donné, je l'ai gardé dans mes favoris :)
  • 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 $\mathbb{F}_{27}$
Connectez-vous ou Inscrivez-vous pour répondre.