Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/FieldUnreviewed

Générateur des inversibles d’un corps fini

by FiniteField·
45
Difficulty scaleÉchelle de difficulté

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  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
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Français

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Soit pp un nombre premier de la forme 4+14\ell+1 avec \ell premier impair. Montrer que la classe de 22 est un générateur de Fp×.\mathbb{F}_{p}^{\times}.

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  1. Exercice d'un TD de théorie des nombres de M1
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Remarquons que 99 n’étant pas premier, \ell est nécessairement premier impair.
Le groupe des inversibles est de cardinal p1=4p-1=4\ell. Par le théorème de Lagrange les ordres possibles de la classe de 22 sont parmi  ⁣:1,2,4,,2,4.\colon 1,2,4,\ell,2\ell,4\ell. On va écarter toutes les possibilités sauf 4.4\ell.

  • La classe de 22 ne peut être d’ordre 11 car alors on aurait 2=12=1 ce qui est absurde dans un corps.
  • Si 22=12^{2}=1 alors p=3p=3 mais 33 n’est pas de la forme 4+14\ell+1 donc c’est exclus.
  • Si 24=12^{4}=1 alors 15=015=0 dans Fp\mathbb{F}_{p} donc p{3,5}p\in\set{3,5} mais ni 33 ni 55 ne sont de la forme 4+14\ell+1 avec \ell premier.
  • Si 22=12^{2\ell}=1 alors en remarquant que p12=2\dfrac{p-1}{2}=2\ell on a (2p)=1\left(\dfrac{2}{p}\right)=1(p)\left(\dfrac{\cdot}{p}\right) désigne le symbole de Legendre. Mais par la deuxième loi de réciprocité quadratique 22 est un carré dans Fp\mathbb{F}_{p} si, et seulement si p±1mod8p\equiv \pm 1\mod 8. Or ici, puisque \ell est impair p5mod8p\equiv 5\mod 8 donc 22 n’est pas premier. Ainsi 22 ne peut être d’ordre 2.2\ell.
  • Si 2=12^{\ell}=1 alors, en passant au carré, 22=12^{2\ell}=1 ce qui nous ramène au cas précédent.
    La seule possibilité est donc que 22 soit d’ordre 44\ell donc un générateur de Fp×.\mathbb{F}_{p}^{\times}.
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