Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/General algebra

Idempotent or nilpotent forces boolean

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40
Difficulty scaleÉchelle de difficulté

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  1. 1–10First steps / middle schoolPremiers pas / collège
  2. 11–25Beginner / high schoolDébutant / lycée
  3. 26–50Intermediate / undergraduateIntermédiaire / licence
  4. 51–70Advanced / graduateAvancé / master
  5. 71–90Expert / specializedExpert / spécialisé
  6. 91–100Research levelNiveau recherche
These levels are approximate guides.Ces niveaux sont des repères approximatifs.
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Let AA be a unital ring in which every x∈Ax \in A satisfies x2=xx^2=x or is nilpotent. Show that every x∈Ax \in A satisfies x2=xx^2=x.

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Solutions

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Solution by FiniteFieldFR

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Commençons par montrer que pour tout a∈Aa\in A nilpotent alors a−1a-1 est inversible.
Soit a∈Aa\in A nilpotent, alors il existe n∈N∗,an=0n\in\mathbb{N}^*, a^n=0 on a alors
(a−1)(an−1+⋯+a+1)=an−1=−1(a-1)(a^{n-1}+\dots+a+1)=a^n-1=-1Ainsi, a−1a-1 est inversible.
On remarque ensuite que −1-1 étant inversible, d’inverse lui-même, il ne peut être nilpotent. Il est alors idempotent, c’est à dire que (−1)2=−1(-1)^2=-1 ou encore −1=1-1=1 donc 2=0.2=0.
On attaque maintenant la preuve de la question. Soit aa nilpotent. Montrons que aa est idempotent. Puisque aa est nilpotent a−1a-1 est idempotent donc
(a−1)2=a2−2a⏟=0+1=a−1 donc a2=a−2=a.(a-1)^2=a^2-\underbrace{2a}_{{=0}}+1=a-1\text{ donc }a^2=a-2=a.(remarquez que cette identité remarquable est correcte car aa et 11 commutent toujours). Donc aa est idempotent.

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