3
Soit g∈G. Comme Kest distingu´e dans G/H on a
π(g−1Cg) = π(g)−1π(C)π(g) = π(g)−1Kπ(g) = K,
d’o`u g−1Cg ⊂C. Donc Cest distingu´e dans G.
5) Prouver que Cest cyclique.
Comme ker(π) = H, C est un groupe d’ordre |K| · |H|= 85.Soient m17 le
nombre de 17-sous-groupes de Sylow et m5le nombre de 5-sous-groupes de Sylow
de C. Comme m5≡1 (mod 5) et m5divise 17 on trouve que m5= 1.On a d´ej`a
vu dans 2) que Hest l’unique 17-sous groupe de Sylow de C. En appliquant 1) on
obtient que Cest isomorphe `a Z/17Z×Z/5Z.
6) Prouver que tous les p-sous-groupes de Sylow (p= 3,5,17) de Gsont distingu´es.
On sait d´ej`a que Hest distingu´e. Comme Cest ab´elien, il poss`ede un unique
5-sous-groupe de Sylow C5.Soit g∈G. Comme Cest distingu´e on a g−1C5g⊂
g−1Cg =C. Donc g−1C5gest un 5-sous-groupe de Sylow de C, d’o`u g−1C5g=C5.
Comme tous les 5-sous-groupes de Sylow sont conjugu´es on en d´eduit que C5est
l’unique 5-sous groupe de Sylow de G.
Soit Nl’unique sous-groupe de G/H d’ordre 3 et soit D=π−1(N).Alors les
mˆemes arguments montrent que Dest un sous-groupe distingu´e dans Get que son
unique 3-sous-groupe de Sylow est distingu´e dans G.
7) En d´eduire que Gest ab´elien et conclure.
Il suffit d’appliquer la question 1).
Exercice 6. Le but de cet exercice est de prouver qu’il existe un sous-groupe H
de S6isomorphe `a S5qui op`ere transitivement sur {1,2, . . . , 6}.
1) Soit Hun sous-groupe distingu´e de Sn(n>5). Prouver que H={e}, Anou
Sn.(Vous pouvez utiliser la simplicit´e de An).
Soit Hun sous-groupe distingu´e non trivial de Sn(n>5.) Alors H∩Anest un
sous-groupe distingu´e de An.Par la simplicit´e de Anon en d´eduit que H∩An=An
ou H∩An={e}.Si H∩An=Analors An⊂H⊂Snet comme [Sn:An] = 2 on
aH=Anou H=Sn.Si H∩An={e},on a
H'H/H ∩An'HAn/An=Sn/An.
Donc |H|= 2.Soit G={e, σ}.Alors pour tout τ∈Snon a τ−1στ =σet donc
σ∈Z(Sn) ce qui est impossible comme Z(Sn) = {e}.
2) Soit Pun 5-sous-groupe de Sylow de S5.On consid`ere le normalisateur Nde P
dans S5:
N={g∈S5|gP g−1⊂P}.
On pose m= (S5:N).Prouver que mdivise 24 et que m≡1 (mod 5).
Comme les 5-sous-groupes de Sylow de S5sont conjugu´es, m= (S5:N) est ´egal
au nombre n5de 5-sous-groupes de Sylow de S5.Or n5≡1 (mod 5) et n5divise
|S5|= 24 ·5.