On suppose que P n’est pas irréductible sur Q[X], donc sur Z[X].
Il existe donc A,B∈Z[X] non constants tels que
P=A×B.
On utilise les notations
A=i=0∑raiXietB=j=0∑sbjXj.
On a
p∣p0=a0b0.
On peut donc supposer, sans perte de généralité, que
p∣a0etp∤b0,
car sinon p2∣p0, ce qui est exclu.
Montrons par l’absurde que p ne peut pas diviser tous les ai.
En effet, si pour tout i, p∣ai, alors
p∣dom(A)dom(B)=pn,
ce qui est exclu.
On note ainsi i0 le plus petit entier tel que
p∤ai0.
On a i0<n car B est non constant.
Or,
pi0=non divisible par pai0b0+divisible par pai0−1b1+⋯+a0bi0.
En effet, par définition de i0, on a
p∣a0,…,ai0−1,
et donc tous les termes de la seconde accolade sont divisibles par p. En revanche,
p∤ai0b0
car p∤ai0 et p∤b0.
Ainsi,
p∤pi0,
ce qui est absurde puisque i0<n et que, par hypothèse,
p∣p0,…,pn−1.
Donc P est irréductible dans Q[X].
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