Arithmétique sur K[X]

arithmétique/algèbre linéaire

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Salut les agrumes, je bloque sur un petit exercice d’arithmétique/algèbre linéaire .

Exercice 3.

On considère le polynôme $P(X)=X^{4}+X+1 \in \mathbb F_{2} [X] $ et soit $ K=\mathbb F_{2} [X]/(P) $ . On note $\alpha \in K $ la classe de X.

1) Montrer que K est un corps. Quel est son cardinal ?

Réponse : je n’arrive pas à montrer cela rigoureusement, je suis censé montrer que le polynôme P est irréductible (i.e : qu’il ne possède pas de racines dans $ \mathbb F_{2} $ ) . Vu la tête du polynôme, il doit surement avoir ses racines dans $ \mathbb C $ mais comment le montrer proprement? Son cardinal est ensuite  : $ | \mathbb K|= 2^{4} = 16 $

2) Montrer que $ P(X^{2}) = P(X)^{2} $ .En déduire que P a 4 racines distinctes dans K dont on donnera les valeurs.

Réponse : Alors pour ce qui est de montré l’égalité, il n’y a aucun problème c’est trivial, par contre je ne visualise pas quelle information cela apporte sur les racines de P?

3) Donner une base du $ \mathbb F_{2} $ - espace vectoriel K.

Réponse : En posant $ \alpha = X + P $ , soit $ \alpha = X^{4} +1 $ , j’obtiens le système $ (\alpha ^{i} ) $ (avec i compris entre 0 et n-1) qui est une base du $ \mathbb F_{2}$ - espace vectoriel K.

4) Déterminer l’ordre de $ \alpha $ dans le groupe K* .

Je connaît la définition de l’ordre d’un élément, mais si on la transpose à cet exercice on obtient cela :

$ \alpha ^{k} = 1$ avec k l’ordre de $\alpha$

Si je mets toute l’expression du polynôme à la puissance k, je suis bloqué, une indication pour savoir vers quel chemin regarder ?

Je vous remercie d’avance,

+0 -0

Pour montrer qu’il est irréductible dans $\mathbb F_2$, tu peux par exemple tester tous les éléments de ce corps … ils ne sont que 2 !

Holosmos

C’est ce que j’ai fais au brouillon pour me persuader que le polynôme est irréductible, mais n’y a-t-il pas une méthode générale ? Si par exemple nous étions dans $\mathbb F_{13}$ , cela m’aurais pris 1h30 à tester toutes les valeurs .

Pour montrer qu’il est irréductible dans $\mathbb F_2$, tu peux par exemple tester tous les éléments de ce corps … ils ne sont que 2 !

Holosmos

C’est ce que j’ai fais au brouillon pour me persuader que le polynôme est irréductible, mais n’y a-t-il pas une méthode générale ? Si par exemple nous étions dans $\mathbb F_{13}$ , cela m’aurais pris 1h30 à tester toutes les valeurs .

Würtz

À ma connaissance, il n’y a pas de théorème général donnant une condition suffisante pour qu’un polynôme soit irréductible dans un corps donné (à part le critère d’Eisenstein), mais il est difficile à utiliser en pratique parce qu’il faut trouver un nombre premier.

En fait, c’est tout à fait le genre de problème assez voisin du problème de la factorisation des grands nombres entiers : il faut tester à la main, et c’est pas simple. C’est d’ailleurs pour ça que très souvent, lorsque l’on travaille avec un corps fini explicite, on essaye de prendre des exemples avec des sous-corps premiers assez petits. Autrement, les calculs sont très vite infernaux, bien que l’on puisse parfois s’en tirer avec des logiciels de calcul formel comme SageMath.

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