On note l'ensemble des nombres complexes dits algébriques sur , c'est-à-dire les racines des polynômes non nuls à coefficients dans . Pour tout , on note .
Pour la question 1, utiliser la division euclidienne pour le sens réciproque.
Pour la question 2, montrer que est de dimension finie en utilisant les degrés des polynômes annulateurs de et , puis observer que et stabilisent .
Pour la question 3(a), on peut construire par récurrence ou comme somme de sous-espaces de type .
Pour la question 4, dénombrer l'ensemble des polynômes à coefficients rationnels.
Caractérisation de l'algébricité par la dimension finie (structure de -espace vectoriel).
Stabilité par les opérations algébriques via la construction d'espaces stables de dimension finie.
Argument de dénombrabilité pour la comparaison avec .
Résolution.
Sens réciproque : Si , la famille est liée dans . Il existe donc des coefficients non tous nuls tels que . Le polynôme est non nul et annule , donc .
Attention à ne pas confondre "algébrique sur " et "algébrique sur ". Tout nombre complexe est algébrique sur car il est racine de . La difficulté ici est la restriction des coefficients à .