Anneaux et idéaux
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Durée : 55 min
Anneaux et idéaux
1. Définition d'un anneau
Un anneau est un triplet où et sont deux lois de composition interne sur telles que :
1. est un groupe abélien (de neutre noté ) ;
2. est associative ;
3. est distributive par rapport à : pour tout ,
Si de plus admet un élément neutre (noté ), on dit que l'anneau est unitaire. Si est commutative, on dit que l'anneau est commutatif. Dans ce cours, « anneau » désignera presque toujours un anneau commutatif unitaire (sauf mention contraire, comme pour les matrices).
Exemples : , , , sont des anneaux commutatifs unitaires. également. L'ensemble des matrices carrées, muni de et matricielles, est un anneau unitaire non commutatif dès que .
2. Diviseurs de zéro et anneaux intègres
Un élément , , est un diviseur de zéro s'il existe , , tel que .
Un anneau commutatif unitaire (avec ) est intègre s'il n'a aucun diviseur de zéro, c'est-à-dire :
Exemples : , , , sont intègres. En revanche, n'est pas intègre : , alors que et . Plus généralement, est intègre si et seulement si est premier (on verra dans la leçon suivante que c'est alors même un corps).
3. Idéaux
Soit un anneau commutatif. Une partie est un idéal de si :
1. est un sous-groupe de (en particulier ) ;
2. est absorbant : pour tout et , .
La condition d'absorption est plus forte que la simple stabilité par : on multiplie par n'importe quel élément de l'anneau, pas seulement par des éléments de . C'est ce qui distingue un idéal d'un simple « sous-anneau ».
Idéal principal. Pour , l'ensemble (souvent noté ) est un idéal, appelé idéal principal engendré par . Dans , on retrouve exactement les sous-groupes : les idéaux de sont donc exactement les , — on dit que est un anneau principal.
Exemple détaillé. Dans , l'idéal . On vérifie l'absorption : si (donc ) et quelconque, alors .
4. Anneau quotient (intuition)
L'idée du quotient est de « rendre nuls » tous les éléments de l'idéal , c'est-à-dire de considérer deux éléments comme équivalents dès que (on note ). On regroupe ainsi en classes d'équivalence, et est l'ensemble de ces classes, muni des lois et héritées de .
C'est exactement la construction déjà rencontrée pour : c'est le quotient de l'anneau par son idéal . Le fait que soit un idéal (et pas seulement un sous-groupe) garantit que la multiplication des classes est bien définie (ne dépend pas du représentant choisi dans chaque classe) — c'est précisément la condition d'absorption qui assure cette compatibilité.
Résumé
| Notion | Définition clé |
| Anneau | groupe abélien, associative et distributive sur |
| Diviseur de zéro | , , |
| Anneau intègre | aucun diviseur de zéro |
| Idéal | sous-groupe additif + absorbant ( pour tout ) |
| Idéal principal | |
| Quotient | classes modulo : |
Exercices
Quelles sont les deux lois requises pour définir un anneau ?
Vrai ou faux : est un anneau commutatif.
Dans , donner un exemple de diviseur de zéro.
Vrai ou faux : tout idéal d'un anneau est, en particulier, un sous-groupe de .
Quel est l'idéal principal engendré par dans ?
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