Soient et deux éléments d'une -algèbre , supposés algébriques sur le corps .
À quelle condition nécessaire et suffisante existe-t-il un morphisme de -algèbres tel que ?
Rappeler que tout morphisme de -algèbres est entièrement déterminé par l'image de ses générateurs.
Utiliser la propriété de "bonne définition" : pour que définisse une application, la valeur ne doit pas dépendre du choix du polynôme tel que est un élément donné de .
Faire intervenir les polynômes minimaux et de et sur .
Caractérisation des éléments d'une algèbre monogène comme images de polynômes.
Relation entre noyau de l'évaluation et polynôme minimal.
Condition de compatibilité pour définir un morphisme sur une structure quotientée (ou ici, une structure de type ).
Analyse du problème.
Soit un éventuel morphisme de -algèbres vérifiant .
Par définition d'un morphisme d'algèbres, est une application linéaire qui respecte le produit et l'unité. On a donc et .
Par une récurrence immédiate, pour tout , on doit avoir :
Puis, par linéarité de , pour tout polynôme , on a :
Ainsi, si existe, il est unique et est nécessairement défini par la relation :
Condition de validité (Existence).
Pour que cette relation définisse effectivement une application de dans , il faut que l'image d'un élément ne dépende pas du représentant choisi tel que .
Autrement dit, on doit avoir la condition de "bonne définition" suivante :
En posant , cette condition est équivalente à :
Lien avec le polynôme minimal.
Notons le polynôme minimal de sur et celui de . L'ensemble des polynômes annulateurs de est l'idéal principal engendré par :
La condition précédente s'écrit alors :
Ce qui équivaut, au sens de l'inclusion des idéaux principaux dans , à la divisibilité des générateurs :
Conclusion.
Le morphisme existe si et seulement si le polynôme minimal de divise le polynôme minimal de .
On pourrait être tenté de dire que . C'est la condition pour que soit un isomorphisme. Pour un simple morphisme, seule la divisibilité est requise (car l'image de 0 doit être 0).