Leçon 101: Groupes opérant sur un ensemble. Exemples et

Leçon 101: Groupes opérant sur un ensemble.
Exemples et applications.
Adrien Fontaine
21 décembre 2013
1
Table des matières
1 Définition et premières propriétés 3
1.1 Actionsdegroupe.......................... 3
1.2 Action d’un groupe fini sur un ensemble fini . . . . . . . . . . . 4
2 Applications en théorie des groupes 5
2.1 Action de Gsur lui même par automorphisme intérieur . . . . . 5
2.2 Action de Gpar translation à gauche . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.3 Théorèmes de Sylow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3 Applications en algèbre linéaire et en algèbre commutative 7
3.1 En algèbre linéaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.2 Représentations linéaires des groupes finis . . . . . . . . . . . . 8
3.3 Action de Snsur C[X1, ..., Xn]................... 9
4 Applications en géométrie 9
4.1 Angles orientés et espaces affines . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4.2 Action de P SL2(Z)sur le demi plan de Poincaré . . . . . . . . . 9
2
1 DÉFINITION ET PREMIÈRES PROPRIÉTÉS 3
Cadre : Gun groupe (multiplicatif), eson neutre, Hun sous-groupe de
Get Xun ensemble.
1 Définition et premières propriétés
1.1 Actions de groupe
Perrin p13
Perrin p14
Définition 1
on dit que Gopère sur Xsi on s’est donné une application
G×XX
(g, x)7→ g.x
vérifiant les axiomes suivant :
(i) g, g0G, xX, g.(g0.x) = (gg0).x
(ii) xX, e.x =x.
Remarque 1
C’est équivalent à la donnée d’un homomorphisme ϕ:GS(X), où
S(X)désigne l’ensemble des bijections de X.
Définition 2
On dit que Gopère transitivement sur Xsi on a :
xX, yX, gG/g.x =y
On dit que Gopère fidèlement si ϕ:GS(X)est injectif, i.e si on
a
(xg.x =x)g=e
Remarque 2
G/Ker(ϕ)opère fidèlement sur X.
Exemple 1
P GL(E)opère fidèlement sur P(E), où Eest une espace vectoriel.
Définition 3
On introduit la relation d’équivalence suivante :
xy⇔ ∃gG/g.x =y
Les classes pour cette action sont les orbites de Gsous X. On note ω(x),
l’orbite de xX.
1 DÉFINITION ET PREMIÈRES PROPRIÉTÉS 4
Perrin p16
Perrin p16
Perrin p28
Remarque 3
Gopère transitivement sur ω(x).
Exemple 2
Décomposition d’une permutation en produit de cycles à supports disjoints.
Définition 4
Si xX, on définit Gx={gG, g.x =x}. C’est un sous-groupe de G
appelé le stabilisateur de x.
Exemple 3
Dans l’opération naturelle de Snsur {1, ..., n}, le stabilisateur d’un point
est isomorphe à Sn1.
Définition 5
On dit que l’action de Gsur Xest n-fois transitive si
(x1, ..., xn),(y1, ..., yn)Xn,gG, 1in, g.xi=yi
Lemme 1
L’action de Ansur {1, ..., n}est n2-fois transitive.
Proposition 1
Si σSnest un cycle d’ordre p,σ= (a1, ..., ap)et si τSn, on a
τστ1= (τ(a1), ..., τ(ap))
Dans Sn, tous les cycles sont d’ordre psont conjugués.
Si n5, les cycles d’ordre 3 sont conjugués dans An.
Application :
Théorème 1
Anest simple pour n5.
1.2 Action d’un groupe fini sur un ensemble fini
Perrin p15
Gourdon p22
But : Préciser le lien entre orbite et stabilisateur de xX.
Proposition 2
L’application ¯g7→ g.x de G/Gxdans ω(x)est bien définie et est une bijec-
tion.
Corollaire 1
Si Gest fini, on a xX, |G|=|ω(x)|.|Gx|.
2 APPLICATIONS EN THÉORIE DES GROUPES 5
Combes p43
Combes p45
Perrin p82
Proposition 3
On suppose Gfini. Soient ω(x1), ..., ω(xk)les orbites de l’action de Gsur
X. Pour tout gG, on note F ix(g) = {xX, g.x =x}l’ensemble des
éléments de Efixés par g. Alors :
(i) |X|=Pk
i=1 |ω(xi)|=Pk
i=1 |G|
|Gx|.
(ii) Le nombre d’orbites est k=1
|G|PgG|F ix(g)|.
Application :
(i) Théorème 2 (de Cauchy)
Soit Gun groupe fini d’ordre n, et soit pun facteur premier de n.
Il existe dans Gdes éléments d’ordre p.
(ii) Développement :
Théorème 3 (de Wedderburn)
Tout corps fini est commutatif.
2 Applications en théorie des groupes
2.1 Action de Gsur lui même par automorphisme inté-
rieur
Perrin p15
Gourdon p27
Gourdon p27
Gourdon p27
On fait agir GyGvia g.a =gag1.
Définition 6
(i) Les orbites s’appellent alors classe de conjugaison et si a0=gag1,a0
est un conjugué de a.
(ii) Le stabilisateur de as’appelle centralisateur
Ha={gG, gag1=a}={gG, ga =ag}
(iii) On définit de même le centralisateur d’une partie Ade G:
CG(A) = {gG, aA, ga =ag}
Proposition 4
Le centre d’un p-groupe distinct de {e}n’est pas réduit à {e}.
Théorème 4
Si Gest un groupe d’ordre p2avec ppremier, alors Gest abélien.
Théorème 5
Si Gest un groupe d’ordre pα, alors pour tout 0mα, il existe un sous
1 / 10 100%
La catégorie de ce document est-elle correcte?
Merci pour votre participation!

Faire une suggestion

Avez-vous trouvé des erreurs dans linterface ou les textes ? Ou savez-vous comment améliorer linterface utilisateur de StudyLib ? Nhésitez pas à envoyer vos suggestions. Cest très important pour nous !