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Niveau maths spé
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Nombre de racines n-ièmes de l'unité d'ordre d

Posté par
BlackBird
14-02-22 à 02:54

Bonjour,
Je me demande, pour d un diviseur de n fixé, combien il y a de racines n-ièmes de l'unité d'ordre exactement d.
J'avoue ne pas voir comment partir. Auriez-vous une indication à me fournir?

Posté par
BlackBird
re : Nombre de racines n-ièmes de l'unité d'ordre d 14-02-22 à 06:14

Bon, j'ai posté trop rapidement... j'ai trouvé une réponse (que je vais partager pour ne pas laisser ce sujet sans réponse)

Si on se donne K un corps, on peut montrer que \forall G sous-groupe fini de (K^{*}, \times) de cardinal n, \forall d|n, si on note f(d) le nombre d'éléments de G d'ordre d et \varphi l'indicatrice d'\bsc{Euler}, alors f(d)=\varphi(d).
En effet: n=\sum_{d|n} \varphi(d) (propriété de l'indicatrice) et n=\sum_{d|n} f(d) (partition de G selon les ordres)
Or \forall d|n, f(d) \leq \varphi(d):
soit x un élément d'ordre d (s'il n'y en a pas f(d) \leq \varphi(d) est évident); x engendre un sous-groupe H de G cyclique de cardinal d. H \subset \{x \in G, x^{d}-1=0\} et x^{d}-1 possède au plus d racines comme K est un corps. Donc H = \{x \in G, x^{d}-1=0\}
Or, \{x \in G, ordre(x)=d\}\subset \{x \in G, x^{d}-1=0\}; Les éléments de G d'ordre d sont donc également des éléments d'ordre d de H, qui, étant cyclique de cardinal d est isomorphe à \mathds{Z}/d\mathds{Z} qui possède \varphi(d) générateurs. Par inégalité des cardinaux, il vient l'inégalité énoncée plus haut.
Finalement: 0=\sum_{d|n} \varphi(d) -f(d), et les \varphi(d) -f(d) sont positifs: ils sont donc tous nuls.

Conclusion: il y a \varphi(d) racines n-ièmes de l'unité d'ordre d (lorsque d|n évidemment)(si je ne dis pas de bêtises...)
Il y a peut-être plus simple cependant

Posté par
ty59847
re : Nombre de racines n-ièmes de l'unité d'ordre d 14-02-22 à 09:06

Ca ne me paraît pas correct.

Si d=2, \phi(2)=1, et donc, peu importe la valeur de n, on aurait systématiquement 1 racine n-ième d'ordre 1.

Et d'ailleurs, au tout dernier moment, tu as constaté qu'il y avait un loup, et qu'il fallait ajouter la condition :  quand d divise n.

Je ne suis pas familier avec cette fonction \phi, mais je chercherais du coté de \phi(n/d)

En particulier, si d=1 et n=10 par exemple ...

Posté par
BlackBird
re : Nombre de racines n-ièmes de l'unité d'ordre d 14-02-22 à 10:08

Bonjour ty59847 et merci d'avoir pris le temps de répondre
- Je pense avoir pris mes précautions: il ne sert à rien de chercher des éléments d'ordre ne divisant pas le cardinal, il n'y en a pas (f(d)=0 si d \nmid n) ;
- ta seconde phrase n'est pas en accord avec ce que je dis: effectivement \varphi(2)=1 mais cela signifie qu'il y a une racine 2-ième de l'unité dès lors que n est pair (ce qui est vrai) (pour rappel on définit \varphi comme \forall n \in \mathds{N}^{*} \varphi(n)=card\{k, 1 \leq k \leq n \,et \, k \wedge n=1\}) et il y a bien une unique racine d'ordre 1 quelque soit n (c'est 1).

Posté par
ty59847
re : Nombre de racines n-ièmes de l'unité d'ordre d 14-02-22 à 11:33

Désolé.

L'ordre d'une racine, c'est le plus petit exposant k tel que z^k=1 ... Dans ma tête, c'était le nombre de fois où on retombait sur 1 dans la liste des nombres z, z^2 ... z^n !

Posté par
lionel52
re : Nombre de racines n-ièmes de l'unité d'ordre d 14-02-22 à 11:59

De façon plus simple :
Je me place dans Z/nZ


1) Pour d diviseur de Z/nZ, il existe un unique groupe d'ordre d.


Je pose a =1 et je me mets en forme multiplicative. De plus j'écris n = qd

Existence : Je prends le groupe engendré par a^q

Unicité : Soit H un groupe d'ordre d inclus dans Z/nZ.

Soit a^k \in H. Alors a^{kd} = 1. Or a est d'ordre n donc n divise kd
mn = kd et m(n/d) = mq = k
Donc a^k = a^{mq} = (a^q)^m \in H

Ainsi H \subset <a^q> et par égalité des cardinaux...



2) Soit b un élément d'ordre d dans Z/nZ

Alors b est générateur de l'unique groupe d'ordre d de Z/nZ, c'est à dire <a^q>. Ce groupe est cyclique d'ordre d donc il admet exactement \phi(d) générateurs

Posté par
lionel52
re : Nombre de racines n-ièmes de l'unité d'ordre d 14-02-22 à 12:02

*il existe un unique sous groupe de Z/nZ d'ordre d

Posté par
BlackBird
re : Nombre de racines n-ièmes de l'unité d'ordre d 14-02-22 à 15:43

Bonjour lionel52, merci pour cette réponse, effectivement c'est plus simple!
Pas de problème ty59847



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