Montrer un isomorphisme

Bonjour à tous
Je suis étudiante en L2 maths FOAD et je ne m'en sors pas du tout avec un exo sur les isomorphismes d'anneaux. C'est un exo de devoir, mais c'est surtout un type d'exercice qui revient souvent dans les annales des partiels. Je ne trouve pourtant aucune correspondance ni dans les TD ni dans le poly du cours.

Voici le problème.
On me demande de montrer que (Z/220Z)* est isomorphe à (Z/2Z)x(Z/4Z)x(Z/10Z).

On m'a préalablement demander de montrer que pour A et B des anneaux, (AxB)* est un morphisme, là on est bon.

Au vue de la forme du problème, je comprends bien qu'il y a un lien avec le théorème du reste chinois, cependant ce qui me gène c'est que le 2, 4 et 10 ne sont pas premiers entre eux.
J'ai pensé à exprimer (Z/2Z)x(Z/2^2Z)x(Z/(2x5)Z), mais je ne sais pas quoi en faire.
J'ai calculé l'ordre de (Z/220)* avec la fonction d'Euler, qui vaut 80, comme 2x4x10, cependant je ne sais pas ce que je dois en conclure. A priori il me manque des notions et/ou une méthode pour faire cette démonstration, mais je ne trouve pas de problème similaire sur le net (ni dans le Josette Calais, ni dans El Amrani). Sauriez-vous m'indiquer les notions et surtout la méthode qu'il me manque pour progresser ?
Milles mercis !

Réponses

  • D’abord, dire que $(A\times B)$ est un morphisme n’a pas de sens.

    Sinon il faut commencer par utiliser le théorème chinois : on a un isomorphisme d’anneaux
    $$ \Z/220\Z \simeq \Z/4\Z \times \Z/5\Z \times \Z/11\Z.$$
    Maintenant, pour continuer, il faut comprendre deux choses :
    - Que se passe-t-il avec cet isomorphisme si on ne regarde que les éléments inversibles?
    - À quel groupe est isomorphe le groupe des inversibles de chacun des facteurs de droites ci-dessus?
  • Ce qui est clair est si on a un isomorphisme d'anneaux entre les anneaux $\left(A_1,+,\times\right)$ et $\left(A_2,+,\times\right)$ un inversible de l'anneau $\left(A_1,+,\times\right)$ a pour image un inversible de l'anneau $\left(A_2,+,\times\right)$ par cet isomorphisme et un inversible de l'anneau $\left(A_2,+,\times\right)$ a pour image par l'isomorphisme réciproque un inversible de $\left(A_1,+,\times\right)$ c'est à dire qu'on a que $\left(A_1^\star,\times\right)$ est isomorphe à $\left(A_2^\star,\times\right)$ (c'est un isomorphisme de groupes).

    On peut se demander si on considère l'anneau produit $\left(A\times B,+,\times\right)$ , $\left(A,+\times\right),\left(A,+\times\right)$ deux anneaux, s'il y a une relation entre les inversibles de cet anneau produit, l'ensemble noté $\left(\left(A\times B\right)^\star,\times\right) $ (qui est un groupe) et le groupe produit $\left(A^\star,\times\right) \times \left(B^\star,\times\right)$. Dans le cas d'espèce $\left(A,+,\times\right)$ et $\left(B,+,\times\right)$ sont des anneaux de congruence c'est à dire de la forme $\left(\mathbb{Z}/k\mathbb{Z},+,\times\right)$ avec $k$ un entier strictement plus grand que $1$.

    NB: pour simplifier j'ai noté toutes les lois multiplicatives et additives qui interviennent respectivement par les symboles $\times$ et $+$.
  • Je vous remercie tous les deux pour vos indications.
    Alors partant du théorème chinois appliqué à (Z\220Z)*

    (Z\4Z)* admet la classe 3 [4]comme generateur et <3> := {3,1}. 3 est d’ordre 2.
    (Z\5Z)* admet la classe 2 [5] comme generateur et <2> := {2,4,3,1}. 2 est d’ordre 4
    (Z\11Z)* admet la classe 6[11] comme generateur et <6> := {2,4,8,5,10,9,7,3,6,1}. 6 est d’ordre 10

    Le morphisme Phi : (Z\2Z)x(Z\4Z)x(Z\10) —> (Z\4Z)*x (Z\5Z)*x (Z\11Z)*, Phi(i,j,k) |—> (3^i, 2^j, 6^k) est bien défini et est injectif.
    Le morphisme æ : (Z\2Z)x(Z\4Z)x(Z\10) —> (Z\220Z)*, æ(Phi(i,j,k)) |—> (3^i x 2^j x 6^k) est bien défini et est injectif.
    Et |(Z\220Z)*| = |(Z\2Z)x(Z\4Z)x(Z\10)|, par cardinalité æ est surjective.

    æ est donc un isomorphisme et (Z\2Z)x(Z\4Z)x(Z\10) et (Z\220Z)* sont isomorphes.
  • Ton début est juste, mais la fin est fausse, car l’isomorphisme du théorème chinois
    $$\Z/4\Z \times \Z/5\Z \times \Z/11\Z\to \Z/220\Z.
    $$ n’est pas défini par le produit des trois composantes (ça n’a pas de sens).

    De toute manière, tu t’embêtes : à moins qu’on te le demande, tu n’as pas besoin d’écrire explicitement l’isomorphisme complet entre tes deux groupes (il suffit de décrire chaque étape, car la composée de deux isomorphismes est un isomorphisme).

    Si tu veux vraiment écrire l’application ci-dessus du théorème chinois explicitement, il faut commencer par déterminer une relation de Bézout entre $4\times 5$, $5\times 11$ et $4\times11$.
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