Idéal de Z[x] non principal — Les-mathematiques.net The most powerful custom community solution in the world

Idéal de Z[x] non principal

Bonjour,
j'essaie de résoudre cette question.

a) Il faut montrer que
  • $0\in I$, avec $a_0=0$ de $p(x)=a_0+a_1x+...+a_nx^n$ ?
  • $0\in I$, alors $I \neq \emptyset$ ?
  • $p(x)+q(x)\in I$, avec $p(x)+q(x)=a_1x+...+a_nx^n+...+b_1x+...+b_mx^m+(a_0+b_0)$, puisque $5|a_0$ et $5|b_0$ alors $5|(a_0+b_0)$ ?
  • $p(x)*q(x)\in I$, avec $p(x)*q(x)=a_{1}b_{1}x^2*...*a_{n}b_{m}x^{n+m}*(a_0*b_0)$, puisque $5|a_0$ et $5|b_0$ alors $5|(a_0*b_0)$ ?

b) Je ne sais pas comment démontrer que $I$ n'est pas un idéal principal. A vrai dire, je ne vois pas par quel élément de $Z[x]$, $I$ a été engendré ?

Est-ce quelqu'un peut m'éclairer ?
Merci.111872
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Réponses

  • Pour la question 1, utilise la définition de ce qu’est un idéal (ce que tu fais).
    Un idéal principal est engendré par un seul élément. Est-ce possible ici ?
    Algebraic symbols are used when you do not know what you are talking about.
            -- Schnoebelen, Philippe
  • Merci Nicolas pour ton retour.

    Mais c'est bien ça le problème, peux-tu me donner quelques exemple d'éléments le plus simple de cet idéal ?
    ex: $0+I, 5+I$ sont dans I ? $5+x$ ?
  • 0+I est un idéal, attention.
    Comment trouver un élément de I dont 5 et X sont des multiples ?
    Algebraic symbols are used when you do not know what you are talking about.
            -- Schnoebelen, Philippe
  • C'est $5x$ de $Z[x]$ qui a engendré cet idéal ? Les éléments de $I$ sont les multiples de $5x$ ?
  • Ni l’un ni l’autre.
    5X n’engendre pas l’idéal puisque 5 n’est pas un multiple de 5X (il en est en revanche un diviseur strict).
    Les multiples de 5X sont bien dans l’idéal mais ils ne sont pas les seuls (il te manque 5, X…)
    Algebraic symbols are used when you do not know what you are talking about.
            -- Schnoebelen, Philippe
  • Pour la dernière question, il faut probablement considérer l'application de $\mathbb{Z}[X]$ dans $\mathbb{Z}/5\mathbb{Z}$ qui a $P$ associe la classe de $P(0)$ dans $\mathbb{Z}/5\mathbb{Z}$.
  • Pour la question b). l'idéal $I$ doit contenir les polynômes, $X$ et le polynôme constant $5$. Pour que $I$ soit principal cela suppose, sauf erreur, l'existence d'un polynôme $P$ qui divise dans $\mathbb{Z}[X]$ les deux polynômes précédents.
  • Je comprends que l'élément 5 de $Z$ engendre l'idéal $I = 5Z$ qui contient $0, \pm5, \pm10, ... $.
    Mais j'ai dû mal à le comprendre avec les polynômes.

    Les éléments de $I$ sont alors, $0+0, 5X+0, 5X^2+0, 5X^2+5x$ ?

    Est-ce qu'il s'agit de <$x,5$> ? deux éléments, $x$ et $5$ ?
  • L'idéal $J$ engendré par le polynôme $X$ appartient à l'idéal $I$.

    Tous les éléments de $J$ sont de la forme $X\times P$ avec $P$ un polynôme quelconque de $\mathbb{Z}[X]$. Il est clair que si on évalue en $0$ ces polynômes on obtient la valeur $0$ qui est un nombre divisible par $5$.

    Il est clair aussi que l'idéal $K$ engendré par le polynôme constant $5$ appartient aussi à $I$

    car tous les éléments de $K$ sont de la forme $5Q$ avec $Q$ un élément quelconque de $\mathbb{Z}[X]$ et si on évalue un élément de $K$ en $0$ on obtient un multiple de $5$ (qui peut être nul).
  • Je vous remercie.

    Si j'ai bien compris, on peut représenter les éléments de $J$ par $f(x)*x$ et les éléments de $K$ par $g(x)*5$. Ainsi on oblige d'une part les éléments de $J$ d'être multiples de $x$ (même le constant $a_0$), d'autre part les éléments de $K$ d'avoir un constant multiple de $5$ (même pour $g(x)=0$ puisque $5$ divise $0$).
    On obtient donc:

    $I = \{ p(x) \in Z[x]$ | $5$ divise $p(0) \} $
    $p(x) = f(x)*x + g(x)*5$ tel que $f(x), g(x) \in Z[x]$

    Est-ce que c'est correct ? Si c'est le cas, les éléments de $I$ seront:
    • $0$, si $f(x) = 0, g(x) = 0$
    • $5$, si $f(x) = 0, g(x) = 1$
    • $x$, si $f(x) = 1, g(x) = 0$
    • $x+5$, si $f(x) = 1, g(x) = 1$
    • $x + 5x$, si $f(x) = 1, g(x) = x$
    • $2x + 5$, si $f(x) = 2, g(x) = 1$
    • $x^2$, si $f(x) = x, g(x) = 0$
    • $x^2+5$, si $f(x) = x, g(x) = 5$

    et l'élément qui engendre cet idéal se compose de deux éléments: <$x, 5$>.

    Il vrai aussi qu'il est dit à nul part que $p(x)$ doit être multiple de $5x$.
    Cependant, je ne sais toujours pas comment on démontre qu'il est impossible d'engendrer cet idéal par un seul élément, pour montrer que $I$ n'est pas un idéal principal.
  • Fin de Partie t'a donné la réponse dans son dernier post
    FindePartie a écrit:
    Pour la question b). l'idéal I doit contenir les polynômes, X et le polynôme constant 5. Pour que I soit principal cela suppose, sauf erreur, l'existence d'un polynôme P qui divise dans Z[X] les deux polynômes précédents.
  • Thbaymet:

    L'idéal $I$ contient une infinité d'éléments.

    $I$ est très probablement l'idéal $<X,5>$ mais on ne te le demande pas dans l'exercice si j'ai bien lu et mon message précédent ne le prouve pas.
  • Merci à vous.

    Si j'ai bien compris, on peut faire une démonstration par l'absurde, en supposant que $I$ est un idéal principal. C'est-à-dire que tous les éléments de $I$ ont été engendré par un seul élément de $Z[x]. $$I$ contient une infinité d'éléments, mais aussi $x$ et $5$. Puisque $I$ est un idéal principal, il existe donc un monôme $p\in Z[x]$ qui divise à la fois $x$ et $5$.

    Mais un tél monôme n'existe pas. Alors $I$ n'est pas un idéal principal.
    Est-ce que c'est bien ça ?
  • Oui sauf qu’un tel monôme existe mais il n’est pas dans I.
    Algebraic symbols are used when you do not know what you are talking about.
            -- Schnoebelen, Philippe
  • nicolas.patrois écrivait : http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?3,2117730,2117744#msg-2117744
    [Inutile de recopier un message présent sur le forum. Un lien suffit. AD]

    Nicolas voulait dire qu'il n'existe pas un tel élément de $\Z[x]$, mais j'ai cru qu'il me demandait "comment" le trouver ?
    $pgcd(x,5)$ ? C'est $1$, mais $1$ ne peut pas engendrer $x$ ni $x+5$.
  • Quelle est la stratégie complète pour la dernière partie ?
    Je démontre qu'il y a bien un morphisme d'anneaux de $\Z[x]$ dans $\Z/2\Z$ (en vérifiant $0$, $1$ et les lois $+, \times$). Ensuite je démontre qu'il y a isomorphisme d'anneaux de $\Z[x]/\ker\phi$ dans $\Z/2\Z$ (en montrant qu'il est injectif et surjectif donc bijectif) ?
    Merci.
  • Tu as seulement à trouver un homomorphisme entre $\mathbb{Z}[X]$ et $\mathbb{Z}/5\mathbb{Z}$ et que cet homomorphisme ait pour noyau l'idéal $I$ défini dans l'énoncé. Le reste est du cours sur sur les anneaux commutatifs.

    PS: On n'en a rien à taper que cet homomorphisme soit injectif, surjectif ou que sais-je encore.

    PS2:
    Evidemment si le noyau de cet homomorphisme est $I$, qui n'est pas réduit au singleton composé de l'élément unique $0$, cet homomorphisme ne sera pas injectif. Mais ce n'est pas ce qui nous intéresse directement ici.
  • Soit $\varphi$ le morphisme d'anneaux:
    $$
    \begin{array}{cccl}
    \varphi:& \Z[x] &\longrightarrow &\Z/5\Z \\
    &p(x)& \longmapsto& [p(0)]_5.
    \end{array}
    $$ Soit $p(x) \in \Z[x],\ p(0)=0$
    $\varphi(p(0)) = \varphi(0) = [0]_5.$
    Soit $p(x) \in \Z[x],\ p(0)=1$
    $\varphi(p(1)) = \varphi(1) = [1]_5.$
    Soient $p(x), q(x) \in \Z[x],\ (m,n)\in \Z^2,\ p(0)=m,\ q(0)=n$
    $\varphi(p(x)+q(x)) = \varphi(m+n) = [m+n]_5 = [m]_5+[n]_5=\varphi(m)+\varphi(n)=\varphi(p(x))+\varphi(q(x))$.
    Soient $p(x), q(x) \in \Z[x],\ (m,n)\in \Z^2,\ p(0)=m,\ q(0)=n$
    $\varphi(p(x) \times q(x)) = \varphi(m \times n) = [m \times n]_5 = [m]_5 \times [n]_5=\varphi(m) \times \varphi(n)=\varphi(p(x)) \times \varphi(q(x))$.
    Donc $\varphi$ est bien un homomorphisme d'anneaux.

    Est-ce que cette partie est correcte ?
    Le noyau de $\varphi$, $\ker\varphi$ est [formé de] tous les polynômes $p(x) \in \Z[x]$ tels que $\varphi(p(x))=0$.
    Cette condition est uniquement vérifié par $p(0)$.
    $\varphi(p(0)) = \varphi(0) = [0]_5 \in \Z/5\Z$
    Mais est-ce que c'est suffisant pour dire que $\ker\varphi = I$ ?
    Merci.
  • $\varphi(p(x)+q(x)) = \varphi(m+n)$ n'est pas stricto sensu correct au vu de la définition de $\varphi$.


    $\varphi(p(x)+q(x)) = [\varphi(m+n)] = [m+n]_5 = [m]_5+[n]_5=[\varphi(m)+\varphi(n)]=\varphi(p(x))+\varphi(q(x))$

    Les parties que j'ai encadrées ne me semblent pas correctes stricto sensu. Elles sont inutiles.

    PS:

    Pourquoi je dis stricto sensu? Parce que on peut considérer que $m,n$ sont des polynômes constants et donc en effet
    On a: $\varphi(p(x)+q(x)) = \varphi(m+n)$ mais cette égalité est inutile ici, et cela montre que $\varphi$ n'est pas bien comprise.

    PS2:

    $\varphi(p)=[p(0)]_5$ le noyau de cet homomorphisme est l'ensemble des polynômes qui évalués en $0$ donnent une valeur qui est nulle modulo $5$ c'est à dire que $5$ divise $p(0)$ c'est équivalent.
  • Bonjour,

    Tout cela me parait compliqué. On a $I=5 \mathbb{Z}+ x\mathbb{Z}[x]$.

    Pour l'isomorphisme, tu peux décomposer le morphisme $\mathbb{Z}[x] \rightarrow \mathbb{Z} / 5 \mathbb{Z}$, en deux morphismes :
    $s : \mathbb{Z}[x] \rightarrow \mathbb{Z}, f(x) \mapsto f(0)$ et $\pi : \mathbb{Z} \rightarrow \mathbb{Z} / 5 \mathbb{Z}$, $a \mapsto \overline {a}$.
    Ce sont des morphismes surjectifs évidents (pas la peine de faire des grands calculs).
    Il ne reste plus qu'à montrer que $I$ est le noyau du morphisme composé $\pi \circ s$ : soit $f(x) \in \mathbb{Z}[x]$, alors $\pi \circ s (f(x))=0 \Leftrightarrow ...$

    Intuitivement cela se voit car $\mathbb{Z}[x] = \mathbb{Z}+ x\mathbb{Z}[x], I=5 \mathbb{Z}+ x\mathbb{Z}[x]$, et par le quotient, on fusionne $x\mathbb{Z}[x]$ en $0$, il reste $\mathbb{Z} / 5 \mathbb{Z}$. ;-)

    Je ne sais pas si cela aide.
  • Julia Paule a écrit:
    Tout cela me parait compliqué

    Je me disais la même chose en te lisant. B-)-

    L"égalité" $I=5 \mathbb{Z}+ x\mathbb{Z}[x]$ n'est pas correcte pour moi.

    Ce qui doit être vrai est que l'idéal $I$ est engendré par les deux polynômes $X$ et $5$, c'est à dire que $I=(X,5)$.
  • @Fin de partie Bon ben chacun a sa conception de la complexité.

    Pour cela :

    "Tu as seulement à trouver un homomorphisme entre Z[X] et Z/5Z et que cet homomorphisme ait pour noyau l'idéal I défini dans l'énoncé. Le reste est du cours sur sur les anneaux commutatifs.

    PS: On n'en a rien à taper que cet homomorphisme soit injectif, surjectif ou que sais-je encore.
    "

    il me semble préférable que l'homomorphisme soit surjectif, pour démontrer l'isomorphisme avec le quotient.
  • Julia Paule a écrit:
    il me semble préférable que l'homomorphisme soit surjectif, pour démontrer l'isomorphisme avec le quotient.


    Je te propose de lire la fin de:

    https://fr.wikipedia.org/wiki/Anneau_quotient#Propriété_universelle_des_quotients_et_le_premier_théorème_d'isomorphisme

    Où vois-tu qu'on ait besoin que l'homomorphisme soit surjectif?

    PS:
    Bon c'est vrai que dans le cas d'espèce on a besoin que cet homomorphisme soit surjectif.
    Mais c'est évident. Puisque l'image de l'ensemble des polynômes constants: $1,2,3,4,5$ est $\mathbb{Z}/5\mathbb{Z}$
  • Dans la page wiki, on considère que le morphisme qui induit l'isomorphisme est de $A$ dans $Im (\varphi)$, ce qui induit automatiquement la surjectivité.

    La condition est nécessaire : pour un morphisme d'anneaux $f : A \rightarrow B$, le morphisme $\tilde {f} : A/I \rightarrow B$ est surjectif ssi $f$ est surjectif.
  • Julia Paule:

    Il y a un malentendu je pense.

    J'avais cru comprendre que tu affirmais que le théorème d'isomorphie sur les anneaux qui est rappelé dans la page mise en lien plus haut suppose que l'homomorphisme dont il est question dans le théorème soit surjectif.

    Mais je suis bien d'accord que dans notre cas d'espèce on a besoin de montrer que l'image par l'homomorphisme est l'ensemble but tout entier c'est à dire que l'homomorphisme est surjectif (mais c'est évident).

    PS:
    Pour être plus clair, la version du théorème d'isomorphie dont je parle est la suivante.

    Soit $\varphi$ un homomorphisme d'anneaux (commutatifs) de l'anneau $A$ vers l'anneau $B$.
    $A/ker(\varphi)$ est isomorphe à $Im(\varphi)$ (c'est un isomorphisme d'anneaux)

    ($\varphi$ n'est pas supposé surjectif, c'est un homomorphisme quelconque de $A$ vers $B$.)
  • Sinon, je ne vois pas pourquoi l'écriture $I=5 \mathbb{Z} + x \mathbb{Z}[x] $ n'est pas correcte.

    En effet, puisque $\mathbb{Z}[x]$ est un anneau commutatif, $I= <5,x>= \{5 P(x) + x Q(x), P(x),Q(x) \in \mathbb{Z}[x] \}$, et il est facile de voir que c'est l'ensemble des polynômes qui s'écrivent : $5 (b_0 + b_1 x + b_2 x^2 +.... b_n x^n) + x (c_0 + c_1 x + c_2 x^2 +.... c_m x^m) = 5 a + a_1 x + a_2 x^2 +.... a_k x^k = 5 a + x(a_1 + a_2 x +.... a_k x^{k-1})$, tous les coefficients $\in \mathbb{Z} $, soit $5 \mathbb{Z} + x \mathbb{Z}[x]$.
  • Bonjour,

    $5 \mathbb{Z}$ n'est pas un idéal de $\mathbb{Z}[X]$.

    Cordialement,

    Rescassol
  • Pour enfoncer le clou:

    $5\mathbb{Z}$ est l'ensemble des entiers relatifs multiples de $5$. On peut voir cet ensemble comme un sous-ensemble de $\mathbb{Z}[X]$ mais ce n'est en aucun cas un idéal de cet anneau. En effet, si c'était le cas, on aurait en particulier que $5X$ appartient à $5\mathbb{Z}$ mais ce n'est évidemment pas le cas.
  • @Fin de partie, @Rescassol, mais où avez-vous vu que j'ai dit quelque part que $5 \mathbb{Z}$ est un idéal de $\mathbb{Z}[x]$ ???

    $I=5 \mathbb{Z}+ x\mathbb{Z}[x]$ est une écriture, qui veut dire ce que j'ai explicité dans mon précédent message.

    Comme l'est par exemple $\cal{F}$ $= P + F$, $\cal{F}$ sous-espace affine, $P$ un point de cet espace, $F$ la direction de cet espace. Dans cette écriture, $P$ et $F$ ne sont pas de même nature, comme dans l'écriture $5 \mathbb{Z}+ x\mathbb{Z}[x]$.

    Mais enfin, il y en a des tas comme ça.::o
  • Julia Paule: C'est la signification des symboles $5\mathbb{Z}$, l'ensemble des entiers relatifs multiples de $5$.
    l'addition étant ici celle des idéaux de $\mathbb{Z}[X]$ mais $5\mathbb{Z}$ n'est pas un idéal de cet anneau.
    Il faut adapter les écritures au contexte, ce que tu ne fais pas visiblement.
  • Mais je n'ai jamais dit non plus que l'addition utilisée était celle des idéaux !!! C'est une interprétation que tu fais.

    Bon j'abandonne.
  • Bonjour,

    On comprend bien ce que tu as voulu écrire, on te dit seulement que ce n'est pas l'écriture communément utilisée.
    Mais après tout, pourquoi pas, tu as le droit d'inventer ton écriture, mais il faut en être conscient.

    Cordialement,

    Rescassol
  • http://exo7.emath.fr/ficpdf/fic00032.pdf

    Dans cet exemple, dernier exercice, $B+I$ est la somme d'un sous-anneau de $A$, et d'un idéal $I$ de $A$.

    Donc si cela vous parle mieux, $5 \mathbb{Z}$ est un sous-anneau (non unitaire) de $\mathbb{Z}[x]$, et $x \mathbb{Z}[x]$ en est un idéal.

    Au cas où vous ne savez pas que les anneaux et les sous-anneaux non unitaires existent : http://serge.mehl.free.fr/anx/ann_corps.html
  • Juste pour mettre un peu plus d'huile sur le feu je dois avouer que moi aussi j'interprète le signe "+" comme l'addition d'idéaux dans l'expression $I=5 \mathbb{Z}+ x\mathbb{Z}[x]$ de Julia Paule.

    Après il faut dire que dans l'exercice cité par Julia il est écrit explicitement $B+I=\{b+i \mid b\in B, i\in I\}$ ce qui lève toute ambiguïté.

    PS. En fait Julia Paule il n'y a aucun problème à utiliser cette écriture, il faut juste être consciente que quasiment personne ne comprendra... comme tu viens de l'expérimenter B-)-
  • Julia Paule: Le contexte est celui d'anneaux et d'idéaux et l'ensemble $X\mathbb{Z}[X]$ est un idéal de l'anneau $\mathbb{Z}[X]$ (noté aussi $(X)$) donc à défaut d'autre précision je suis fondé à penser que tu penses additionner des idéaux.
  • Et même, encore plus simplement : soit $A$ un ensemble muni d'une loi, notons-la $+$, et $B, C$ deux parties de $A$. L'ensemble $B+C$ défini par $B+C:= \{b+c, b \in B, c \in C \}$, cela ne vous parle pas ?
  • @Fin de partie Tu peux penser ce que tu veux, pour ma part, j'abandonne définitivement. Désolée d'être intervenue dans tes réponses avec thbaymet.
  • Bonjour,

    > Au cas où vous ne savez pas que les anneaux et les sous-anneaux non unitaires existent :

    Oui, on appelle ça aujourd'hui un pseudo-anneau. Ce n'était pas le cas autrefois.

    Cordialement,

    Rescassol
  • Merci raoul. S. En effet, j'ai pu faire l'expérience que ce qui peut paraître évident à certains (à tel point qu'ils ne se sentent pas l'obligation de le préciser) échappe complétement à d'autres.
  • Et ben voilà, on ne finit jamais d'apprendre...
  • Pour ma part, je le savais déjà, mais il faut l'avoir vu un certain nombre de fois pour s'en rappeler ... :-D
  • et on était là pour ça, pour pas que tu oublies quoi ...

    ça ne mérite même pas un merci ?

    PS. allez c'est bon j'arrête (:D
  • Non, pas merci, je m'en serais bien passée, c'est une énorme perte de temps.
  • Julia Paule: La perte de temps c'est de continuer à répondre. Je pense que tout le monde a compris les arguments des uns et des autres.
  • En effet, c'est de continuer à répondre, et surtout de ne pas avoir eu la présence d'esprit de dire tout de suite que $B+C := ... $ définition.

    Dire que mon slogan, c'est : ON NE DIT JAMAIS L'EVIDENCE, parce qu'elle est évidente justement.
  • Quand on est incohérent c'est jamais à moitié. :-D
    On ne se méfie jamais assez des évidences. B-)-
  • Ah mais oui, voilà pourquoi je n'ai pas dit l'évidence : comment peut-on ne pas comprendre l'écriture $5 \mathbb{Z}+ x\mathbb{Z}[x]$ quand on totalise 20 000 messages sur le forum et qu'on a 12 ans d'ancienneté (Fin de partie) ?

    De mon côté je pense que tu as un problème avec les écritures algébriques Fin de partie : pourquoi en reviens-tu toujours à $X$ et $\mathbb{Z}[X]$, alors qu'il est question de $x$ et de $\mathbb{Z}[x]$ dans l'énoncé ?
  • Parce que l’écriture habituelle de l’indéterminée est X et non x.
    Algebraic symbols are used when you do not know what you are talking about.
            -- Schnoebelen, Philippe
  • Bonjour,

    Parce que FdP utilise les notations standard et non tes notations personnelles.

    Cordialement,

    Rescassol
  • Julia Paule:
    Il est traditionnel pour ne pas confondre une fonction polynomiale et un polynôme d'écrire la "variable" $X$ quand on parle d'un polynôme et non pas $x$.


    NB: j'ai mis variable entre guillemets parce que lorsqu'on parle de polynômes la soi-disant variable n'en est pas une puisque elle n'a pas vocation à varier.

    PS:
    J'ai plus que douze ans d'ancienneté sur le forum. A une époque, qui commence à dater, on pouvait poster sans s'enregistrer. B-)-
    J'ai retrouvé un de mes messages qui date de 15 ans:
    http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?2,239449,239480 (la personne qui utilise le pseudo pauvre aire c'était moi)
    Bien évidemment le nombre de messages n'est pas un gage de qualité.

    PS2:
    Pourquoi faire la distinction entre fonction polynôme et polynôme? Si on considère le polynôme $X+X^2$ dans $\mathbb{Z}/2\mathbb{Z}[X]$ ce n'est pas le polynôme nul, mais la fonction polynôme correspondante est la fonction nulle. ($0+0^2=0$ et $1+1^2=0$ dans $\mathbb{Z}/2\mathbb{Z}$
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