Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/Number theoryReviewed

Critère d’Eisenstein

by beignet62·
55
Difficulty scaleÉchelle de difficulté

This score reflects both the level of the required concepts and the difficulty of the solution.Ce score tient compte à la fois du niveau des notions nécessaires et de la difficulté de la résolution.

  1. 110First steps / middle schoolPremiers pas / collège
  2. 1125Beginner / high schoolDébutant / lycée
  3. 2650Intermediate / undergraduateIntermédiaire / licence
  4. 5170Advanced / graduateAvancé / master
  5. 7190Expert / specializedExpert / spécialisé
  6. 91100Research levelNiveau recherche
These levels are approximate guides.Ces niveaux sont des repères approximatifs.
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On note P=anXn++a1X+a0Z[X]P=a_nX^n+\cdots+a_1X+a_0\in\mathbb{Z}[X] un polynôme non constant.
Montrer que, s’il existe un nombre premier pp tel que pa0,,pn1p\mid a_0,\ldots,p_{n-1}, panp\nmid a_n et p2a0p^2\nmid a_0, alors PP est irréductible dans Q[X]\mathbb{Q}[X].

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Solution by beignet62

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On suppose que PP n’est pas irréductible sur Q[X]\mathbb{Q}[X], donc sur Z[X]\mathbb{Z}[X].

Il existe donc A,BZ[X]A,B\in\mathbb{Z}[X] non constants tels que

P=A×B.P=A\times B.

On utilise les notations

A=i=0raiXietB=j=0sbjXj.A=\sum_{i=0}^{r}a_iX^i \qquad\text{et}\qquad B=\sum_{j=0}^{s}b_jX^j.

On a

pp0=a0b0.p\mid p_0=a_0b_0.

On peut donc supposer, sans perte de généralité, que

pa0etpb0,p\mid a_0 \qquad\text{et}\qquad p\nmid b_0,

car sinon p2p0p^2\mid p_0, ce qui est exclu.

Montrons par l’absurde que pp ne peut pas diviser tous les aia_i.

En effet, si pour tout ii, paip\mid a_i, alors

pdom(A)dom(B)=pn,p\mid \operatorname{dom}(A)\operatorname{dom}(B)=p_n,

ce qui est exclu.

On note ainsi i0i_0 le plus petit entier tel que

pai0.p\nmid a_{i_0}.

On a i0<ni_0<n car BB est non constant.

Or,

pi0=ai0b0non divisible par p+ai01b1++a0bi0divisible par p.p_{i_0} = \underbrace{a_{i_0}b_0}_{\text{non divisible par }p} + \underbrace{a_{i_0-1}b_1+\cdots+a_0b_{i_0}}_{\text{divisible par }p}.

En effet, par définition de i0i_0, on a

pa0,,ai01,p\mid a_0,\ldots,a_{i_0-1},

et donc tous les termes de la seconde accolade sont divisibles par pp. En revanche,

pai0b0p\nmid a_{i_0}b_0

car pai0p\nmid a_{i_0} et pb0p\nmid b_0.

Ainsi,

ppi0,p\nmid p_{i_0},

ce qui est absurde puisque i0<ni_0<n et que, par hypothèse,

pp0,,pn1.p\mid p_0,\ldots,p_{n-1}.

Donc PP est irréductible dans Q[X]\mathbb{Q}[X].

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