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La loi de réciprocité quadratique

Soient p et q deux nombres premiers impairs. La loi de réciprocité quadratique énoncée par Legendre mais prouvée par Gauss affirme :

equation145

tex2html_wrap_inline701 vaut -1 si et seulement si p et q sont congrus à 3 modulo 4.

Il existe plus d'une centaine de preuves. La preuve de Reichardt, exposée dans [2], est assez remarquable : basée sur le lemme de Gauss, elle n'utilise absolument pas la notion d'extension algébrique. La démonstration proposée repose sur les sommes de Gauss et les congruences généralisées aux anneaux entiers cyclotomiques. Elle constitue une introduction à la théorie algébrique des nombres. Pour des approfondissement, voir incontournable ouvrage de P. Samuel [3].

Le notion de congruence se généralise à tous les sous-anneaux du corps des nombres complexes. Dans un tel anneau A, pour tout entier q, nous écrirons encore

displaymath717

pour exprimer que q divise la difference x-y. C'est une relation d'équivalence compatible avec les lois d'addition et de multiplication ce qui permet de définir la notion d'anneau résiduel : A/qA. Considérons l'anneau des entiers de Gauss tex2html_wrap_inline725 , chaque éléments tex2html_wrap_inline727 se sécompose d'une et une seule manière comme z= a+ib, où a et b sont deux entiers. Il en résulte que l'ensemble des nombres a+ib en faisant varier les entiers a et b dans l'ensemble des résidus modulo q forme un système de représentant de tex2html_wrap_inline743 et donc que cette anneau contient tex2html_wrap_inline745 éléments. Le lecteur profitera de l'occasion pour étudier les anneaux :

displaymath747

Il remarquera que le premier anneau est ``nilpotent'', que le troisième est ``réduit'' et que le deuxième est un corps à 9 éléments, extension de degré 2 de tex2html_wrap_inline753 , c'est un corps fini non premier : un ``corps de Galois''.

exercice153

proposition155

proof157



Langevin Philippe
Fri Apr 30 19:17:24 MET DST 1999