Nombres premiers entre eux

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En mathématiques, on dit que des entiers a et b sont premiers entre eux, que a est premier avec b ou premier à[1] b ou encore que a et b sont copremiers (ou encore étrangers) leur plus grand commun diviseur est égal à 1 ; en d'autres termes, s'ils n'ont aucun diviseur autre que 1 et –1 en commun. De manière équivalente, ils sont premiers entre eux si, et seulement si, ils n'ont aucun facteur premier en commun.

Par exemple, 6 et 35 sont premiers entre eux, mais 6 et 27 ne le sont pas parce qu'ils sont tous les deux divisibles par 3. 1 est premier avec tout entier ; 0 est uniquement premier avec 1 et -1.

Cette notion a été introduite dans le Livre VII des Éléments d'Euclide. Un moyen rapide pour déterminer si deux nombres entiers sont premiers entre eux est l'algorithme d'Euclide.

Propriétés[modifier | modifier le code]

Théorème de Bachet-Bézout[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Théorème de Bachet-Bézout.

Les entiers relatifs a et b sont premiers entre eux si et seulement s’il existe des entiers relatifs x et y tels que ax + by = 1.

Cette condition équivaut à : b a un inverse pour la multiplication modulo a, c'est-à-dire : il existe un nombre entier y tel que by ≡ 1 (mod a).

Lemme de Gauss[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Lemme d'Euclide.

Si a et b sont premiers entre eux et a divise un produit bc, alors a divise c.

Si a et b sont premiers entre eux et bxby (mod a), alors xy (mod a). En d'autres termes: b est simplifiable dans l'anneau Z/aZ des entiers modulo a.

Les deux entiers a et b sont premiers entre eux si et seulement si le point de coordonnées (a,b) dans un repère cartésien est « visible » de l'origine (0,0), dans le sens où il n'y a pas de point de coordonnées entières entre l'origine et (a,b).

Deux entiers naturels a et b sont premiers entre eux si et seulement si les nombres 2a-1 et 2b-1 sont premiers entre eux.

Extension à n nombres[modifier | modifier le code]

n nombres A1, …, An sont premiers entre eux si leur plus grand commun diviseur vaut 1 (le PGCD peut s'étendre à un nombre arbitraire d'entiers).

Ils sont premiers entre eux deux à deux si pour tout i différent de j, Ai et Aj sont premiers entre eux.

La présence d'un couple de nombre premiers entre eux parmi n nombres est une condition suffisante, mais non nécessaire, pour que ces n nombres soient premiers entre eux. Par exemple, 6, 14 et 21 sont premiers entre eux, mais aucun couple extrait de ce triplet n'est formé de deux nombres premiers entre eux.

Généralisation[modifier | modifier le code]

Des idéaux I et J d'un anneau commutatif A sont dits premiers entre eux si I + J = A. Cela généralise l'identité de Bézout. Si I et J sont premiers entre eux, alors IJ = IJ ; de plus, si K est un troisième idéal tel que I contient JK, alors I contient K.

Avec cette définition, dans l'anneau Z des entiers relatifs, les idéaux principaux (a) et (b) sont premiers entre eux si et seulement si les entiers a et b sont premiers entre eux.

Voir aussi l'article Primalité dans un anneau.

Probabilités[modifier | modifier le code]

Quand n tend vers l'infini, la probabilité pour que deux nombres entiers inférieurs à n soient premiers entre eux tend vers 6/π2. Plus généralement, la probabilité que k entiers choisis au hasard[Quoi ?] soient premiers entre eux est 1/ζ(k).

Note et référence[modifier | modifier le code]

  1. Par ex. Jean-Pierre Serre, Œuvres, vol. 2 et vol. 4.