Racine primitive

Bonjour,

J'aimerais savoir si l'affirmation suivante est exacte :

Soient :
$p$, un nombre premier impair.
$k$, un entier naturel non nul.

Si $\alpha$ est une racine primitive modulo $p$, alors $\alpha$ est aussi une racine primitive modulo $p^{k}$ ainsi que modulo $2p^{k}$.

Merci d'avance.

Réponses

  • $p=3$ et $\alpha = -1$.
  • Bonjour, flipflop,

    J'ai oublié de préciser $\alpha\neq2$
  • Bonjour

    Regarde la démo du théorème 2.3.4 : http://math.univ-lille1.fr/~fricain/M1-ARITHMETIQUE/chap2.pdf

    Cela devrait te permettre de comprendre comment construire un contre-exemple pour $p^k$ vers $2p^k$.

    Avec $p=5$, $k=2$ et $\alpha=2$, cela devrait ne pas fonctionner : https://en.wikipedia.org/wiki/Primitive_root_modulo_n
  • Bonjour, Gilles,

    J'ai précisé, un peu tard il est vrai, que $\alpha\neq 2$.
    Donc, le contre-exemple que tu donnes ne peut pas convenir.

    Cela dit, je vais étudier avec intérêt le lien vers lequel tu me diriges.
  • Désolé en plus mon contre-exemple était incorrect.
    Par contre 8 est une racine primitive 25ème, mais pas 50ème.
    Pour trouver un contre-exemple entre $p$ et $p^k$, il va falloir se munir d'une table un peu plus grande que celle que j'ai donnée (ou faire quelques calculs, je regarderai).
  • J'ai essayé avec $k=2$ pour $p=$7, 11, 13, 17, 47 sans succès. Peut-être faut-il augmenter la valeur de $k$ ? Je suis rouillé en Maple, mais la procédure à écrire n'est pas bien longue pour automatiser les calculs.
  • Si j'ai bien tout compris, le très intéressant article de "Math.univ-lille1.fr" ne donne pas de réponse à ma question. :-(
  • On tient le bon bout...

    Regarde le lemme 14 ici : http://www.witno.com/philadelphia/notes/won5.pdf

    [Activation du lien. AD]
  • Ah oui ! Merci !
    Donc, ça marche de $p$ à $p^{k}$.
    Pour que ça marche aussi avec $2p^{k}$, peut-être faut-il utiliser le théorème chinois ??
  • Je veux dire décomposer l'anneau $Z/2p^kZ$ en l'anneau produit $Z/2Z \times Z/p^kZ$
  • Pour qu'une racine primitive modulo $p$ (et donc modulo $p^k$) soit aussi racine primitive modulo $2p^k$, peut-être faut-il qu'elle ne soit pas un multiple de 2.

    (?)
  • Mieux:

    Pour qu'une racine primitive modulo $p$ , premier impair, (et donc modulo $p^k$) soit aussi racine primitive modulo $2p^k$, il faut et il suffit qu'elle soit impaire (à condition de préciser qu'ici on appelle "racine primitive modulo $m$" un entier naturel inférieur à $m$ dont la classe engendre le groupe des inversibles de l'anneau $Z/mZ$).

    Sauf erreur

    Cordialement
    Paul

    Edit 1
    Edit 2: la partie barrée
  • Bonjour

    Le lemme 14 dit que si $g$ est une racine primitive modulo $p$ (premier impair), alors $g$ ou $g+p$ est une racine modulo $p^k$ pour tout $k\geq 1$.

    Quand on regarde la démonstration, on voit qu'on peut prendre $g$ si $g^{p-1} \not\equiv 1\,\, \left[p^2\right]$ et $g+p$ sinon. Pour chercher un contre-exemple, il faut donc (à minima) prendre une racine primitive modulo $p$ qui vérifie $g^{p-1} \equiv 1\,\, \left[p^2\right]$.

    J'imagine qu'il en existe, sinon je ne vois pas bien pourquoi le lemme envisagerait ces deux cas (sauf s'il est plus difficile de montrer que toute racine primitive modulo $p$ vérifie $g^{p-1} \not\equiv 1\,\, \left[p^2\right]$).

    À votre logiciel de calcul formel préféré, 3, 2, 1 partez ! :-D
  • Hello,

    J'avais fait des tests il y a une dizaine d'années : dans la plage $3 \le p < 10^8$, si je note $g$ la plus petite racine primitive modulo $p$ (plus petite une fois remontée dans l'intervalle $[0..p-1]$), alors $g^{p-1} \ne 1 \bmod p^2$ SAUF pour $p=p_0=40487$ (pour lequel $g=5$).

    Donc dans cette plage, pour $p \ne p_0$, $g$ est une racine primitive modulo n'importe quel $p^k$, $k \ge 1$.

    Je crois même avoir supprimé la clause ``plus petite'' i.e., toujours dans la plage, si $g$ est une racine primitive modulo $p$ quelconque, alors $g^{p-1} \ne 1 \bmod p^2$ i.e. $g$ est une racine primitive modulo n'importe quel $p^k$. A l'exception bien sûr de $p = p_0$. Mais pas trop sûr : il faudrait que je vérifie (ce qui consiste à retrouver mes billes !).

    Je crois également me souvenir que cela avait été étudié ``quelque part'' i.e. il y avait des articles mais trou moir.
  • Bonjour Claude,

    Un grand merci pour le partage de tes recherches, n'ayant pas eu la volonté de me replonger dans Maple aujourd'hui, j'aurais pu chercher à tâtons un moment.

    Ma vénérable TI92 n'a pas eu de mal à constater que $5^{p_0-1} \equiv 1 \, \left[ p_0^2 \right]$.

    Si tu retrouves la référence de l'article, je suis preneur.

    Bonne journée.
  • "Alors $g$ ou $g+p$ est une racine primitive modulo $p^k$ pour tout $k\geq 1$".
    "Then either $g$ or $g+p$ is a primitive root modulo $p^k$ for all $k\geq 1$." - Amin Witno -

    Au vu de l'exemple donné par claude quitté, il semble que le "ou" de la phrase précédente puisse être exclusif.

    J'ai essayé de voir si, à défaut de $5$, $5+40487=40492$ était bien une racine primitive modulo $40487^2$ mais Wofram Alpha refuse de donner la réponse à $40492^{819578341}$ $(mod$ $40487^2)$.
  • Décompose 819578341 en 31x653x40487 puis procède par élévation successive. On trouve bien $-1$...
  • Ah oui, tiens !
    Merci !
    Alors, $40492$ est bien une racine primitive modulo $40487^2$
  • Hello,

    A propos de lire de l'information dans la preuve plutôt que dans l'énoncé : par exemple, le lemme 14 in http://www.witno.com/philadelphia/notes/won5.pdf

    J'avais essayé de lutter contre cela en mettant l'information dans l'énoncé : cf l'énoncé de la question d dans l'exercice corrigé attaché. Mais je vois qu'il reste une information dans la preuve concernant le ou (celui de $g$ ou $g+p$) : on ne peut pas avoir les deux à la fois (comme on le voit dans la preuve et pas dans l'énoncé).

    Par ailleurs, j'ai remarqué que si on met trop d'informations dans l'énoncé (par exemple la preuve !), cela pourrait conduire à des énoncés auxquels on ne comprend plus rien.

    J'espère que ce n'est pas trop nébuleux ce que je raconte ci-dessus.

    Je ne crois pas pouvoir retrouver de trace d'articles. Mes souvenirs sont trop vagues. Le coup du $p_0$, on était tombé dessus dans le cadre de l'enseignement.
  • Merci pour ce document fort intéressant et concis.

    J'ai compris ce que tu voulais dire ;)
  • Je me suis rappelé qu'il existait les nombres premiers de Wieferich et j'ai trouvé que notre problème est le même en remplaçant 2 par 5...
    Un coup de Google et hop !

    https://web.math.princeton.edu/~nmk/wieferich42.pdf
  • Gilles,

    J'ai des soucis avec ton lien : mon moteur de recherche me dit qu'il ne peut pas établir une connexion sécurisée au serveur web.math.princeton.edu et du coup, refuse d'en faire plus. Tu vas me dire que c'est mon problème (c'est pas faux). J'imagine que c'est de la plus haute importance de prendre connaissance du contenu de wieferich42.pdf

    Es tu capable d'y faire quelque chose ? Merci.
  • Pas de problème connexion sécurisée chez moi.
  • @Gilles

    J'ai eu un peu peur, en voyant en bas de la première page de wieferich42.pdf, le nombre premier $p = 20771$ comme le premier nombre premier de Wieferich de base 5. Mais $5$ n'est pas une racine primitive modulo $p$ et mon honneur est sauf.


    > p := 20771 ;                        
    > Modexp(5, ExactQuotient(p-1,2), p) ;    <---- 5 à la puissance (p-1)/2 modulo p
    1
    > PrimitiveRoot(p) ;
    2
    > r := Modorder(5, p) ;  <---- ordre de 5 modulo p  : on va trouver (p-1)/2 
    > r ;
    10385
    > 2*r + 1 ;
    20771
    
  • @gilles
    Wieferich de base 5 quand tu me tiens (un nouveau jeu ?). Autant s'occuper des 6 nombres premiers de Wieferich de base 5 qui figurent en bas de la page 1 de la note de Katz. En principe, le code (magma) suivant DEVRAIT être clair :

    > P := [20771, 40487, 53471161, 1645333507, 6692367337, 188748146801] ;
    > [Modexp(5, ExactQuotient(p-1,2), p) : p in P] ;
    [ 1, 40486, 1, 1645333506, 6692367336, 1 ]
    > subP := P[[2,4,5]] ;
    > [Modexp(5, p-1, p^2) : p in subP] ;            
    [ 1, 1, 1 ]
    

    L'est-il ?

    Est ce que tu te rends bien compte que ce papier fort intéressant de Katz (pas daté mais on voit une référence bibliographique qui date de 2099) pourrait m'éloigner du droit chemin que je me suis fixé ?
  • Si on a passé l'année 2099, je vais avoir beaucoup de temps libre pour les extensions centrales de $A_n$ par $C_2$ et les extensions admissibles de $\Q$. ;-)
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