Pour Borde et les autres
dans Arithmétique
Bonjour,
Soit $p$ un nombre premier. On note $\mu$ la fonction de Möbius. Comment démontrer que l'entier $$\sum_{d\mid n}\mu(d)p^{n/d}$$ est strictement positif et est divisible par $n$ ?
Merci
Soit $p$ un nombre premier. On note $\mu$ la fonction de Möbius. Comment démontrer que l'entier $$\sum_{d\mid n}\mu(d)p^{n/d}$$ est strictement positif et est divisible par $n$ ?
Merci
Réponses
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Il est bon de savoir que si on désigne par $f_n$ le nombre de polynômes
irréductibles de degré $n$ dans $\mathbb{F}_p[X]$, on a la formule
$$\forall n \geq 1, \; p^n=\underset{d\mid n}{\sum}df_d$$
(résultant de la décomposition de $X^{p^n}-X$ en produit de facteurs irréductibles)
Par la formule d'inversion de Möbius, on trouve donc
$$\forall n \geq 1, \; nf_n=\underset{d \mid n}{\sum}\mu(d)p^{n/d}$$
Ceci résout la question de la divisibilité. Pour ce qui est de la positivité, il suffit d'établir que $f_n>0$ pour tout entier $n \geq 1$. Pour cela, la preuve la plus "fun" consiste à remarquer que le groupe multiplicatif du corps $F_{p^n}$ est cyclique : si on en prend un générateur $x$, on trouve donc que $F_{p^n}=F_p[x]$, donc le polynôme minimal de $x$ est irréductible de degré $n$, et ainsi $f_n \geq 1$. -
l'exo est un exo d'arithmétique pas d'algèbre !
(bonjour dSP) -
Bonjour.
Les corps finis sont-ils un sujet d'arithmétique ou d'algèbre ?
Personnellement, je dirais "les deux mon colonel (moutarde) !". -
Moi je fais un choix , corps fini => nb premier => arithmétique ........
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je viens d'acheter le Borde
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Pour ceux qui ont mon livre, cet exercice est traité dedans : cf exo 4.11 page 127.
Borde. -
d'où on peut conclure que LeDijonnais n'a pas encore acheté Le Livre...
c'est pas bien, ça ! -
"Et pour ceux qui n'ont pas mon livre, ils n'ont qu'à l'acheter
pour Borde, de la part de LeDijonnais" -
Je me suis rendu compte que ma réponse pouvait effectivement être un peu pédante (faire référence à son propre bouquin peut être, à juste titre, pris pour de la mauvaise volonté), mais je crois qu'il m'est difficile de faire autrement (encore que...).
Néanmoins, LeDijonnais, s'il faut compléter ma réponse, je le ferais sans souci, bien sûr !
Borde. -
bah non tu as raison, ça permet d'identifier les gros méchants qui ne l'ont pas acheté lol
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LeDijonnais: dans quel livre avais-tu trouver cet exercice ?
merci -
Reprenons, pour la positivité...Sans utiliser l'exercice de mon livre, on peut voir le nombre $\displaystyle {\sum_{d \mid n} \mu(d) p^{n/d}}$ comme une différence de deux nombres écrits en base $p$ dont le plus grand possèderait $n+1$ chiffres et le plus petit en aurait au plus $n/2 + 1$, et ainsi $\displaystyle {\sum_{d \mid n} \mu(d) p^{n/d} \geqslant 0}$, et même $\displaystyle {\sum_{d \mid n} \mu(d) p^{n/d} \geqslant 1}$, puisque ce nombre est entier.
dSP a établi plus haut le fait que cet entier soit un multiple de $n$. On montre que le quotient $\displaystyle {\frac {1}{n} \sum_{d \mid n} \mu(d) p^{n/d}}$ est le nombre de polynômes irréductibles de degré $n$ dans $\mathbb {F}_p [X]$ (voir par exemple le cours d'Algèbre de Perrin), c'est ce qu'évoque d'ailleurs la démonstration de dSP.
L'approche de mon livre est un peu différente, puisqu'on utilise ce que certains appelent les "systèmes dynamiques". Cette façon de faire permet de généraliser l'exercice, ici restreint aux nombres premiers $p$, à tout entier $a\geqslant 1$. Autrement dit, on a : $$0 \leqslant \sum_{d \mid n} \mu(d) a^{n/d} \equiv 0 \pmod n.$$
Borde.
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Bonjour!
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