
pour tout entier nil existe k00 ∈Ktel que (kl)n=klkl . . . kl =k00ln(le produit
contient nfacteurs kl). Soit n≤15 l’ordre de kl. Alors (kl)n=eGimplique
k00 =l−n∈K∩L={eG}. Donc l’ordre de ldivise n. En utilisant de mani`ere
similaire le fait que Lest distingu´e dans H, on montre que l’ordre de kdivise n.
Les ordres de ket l´etant 3 et 5 (premiers entre eux), on d´eduit n= 15.
4. Construire un produit semi-direct de Z/15Zet Z/2Zqui ne soit pas ab´elien (penser
`a l’application g7→ g−1). On exprimera ses ´el´ements en fonction de g´en´erateurs de
Z/2Zet Z/15Z, et les relations entre ces g´en´erateurs.
Notons hun g´en´erateur de Z/15Z,τun g´en´erateur de Z/2Z, 1 les ´el´ements neutres de
Z/15Zet Z/2Z(notation multiplicative), et ϕ(τ)(hn) = h−n. On v´erifie imm´ediatement
que ϕ(τ) est un automorphisme de Z/15Z, et que ϕ:Z/2Z→Aut(Z/15Z), τ7→ ϕ(τ)
est un morphisme. Il d´efinit un produit semi-direct G0= (Z/2Z×Z/15Z,·ϕ), o`u la loi
de groupe ·ϕest d´efinie par (τa, hb)·ϕ(τc, hd) = (τa+c, hbϕ(τa)(hd)). Le groupe G0est
engendr´e par t= (τ, 1) et s= (1, h) v´erifiant les relations t2=s15 = (1,1) = eG0, et tst =
(τ, 1)(1, h)(τ, 1) = (τ, ϕ(τ)(h))(τ, 1) = (τ, h−1)(τ, 1) = (τ2, h−1ϕ(τ)(1)) = (1, h−1) = s−1.
Les ´el´ements de G0peuvent s’´ecrire de mani`ere unique sous la forme satb, avec a∈ {0,1}
et b∈ {0,...,14}.
Exercice 2 (10 points) Soit Eun espace vectoriel r´eel de dimension 3.
1. Soit uun endomorphisme nilpotent de E, ie. il existe un entier ptel que up= 0.
(a) Donner le polynˆome caract´eristique de u.
(b) Donner toutes les r´eduites de Jordan possibles de u, `a l’ordre des blocs pr`es, et
pr´eciser pour chacune le polynˆome minimal de uqui lui correspond.
(c) On suppose que le polynˆome minimal de uest mu(X) = X3. Montrer qu’il
existe un vecteur non nul x∈Etel que (u2(x), u(x), x)soit une base de E.
(d) Ecrire la matrice de udans cette base.
(a) Le spectre d’un endomorphisme nilpotent est toujours r´eduit `a {0}. Comme E
est de dimension n= 3, on a Pu(X) = det(u−XidE) = −X3.
(b) Les polynˆomes minimaux de upossibles sont mu(X) = X, X2, X3. Dans le
premier cas u= 0, sa r´eduite de Jordan est la matrice nulle. Si mu(X) = X2(resp.
mu(X) = X3), alors sa r´eduite de Jordan A(resp. B) a un bloc de Jordan de taille
2 (resp. 3), la multiplicit´e de u.`
A l’ordre des blocs pr`es on a donc
A=
0 1 0
0 0 0
0 0 0
, B =
0 1 0
0 0 1
0 0 0
.
(c) Si mu(X) = X3alors u26= 0 et donc il existe x∈E\Ker(u2). On a u(x), u2(x)6=
0, et la famille (u2(x), u(x), x) est libre. En effet, si λ1, λ2, λ3∈Rson tels que
λ1x+λ2u(x) + λ3u2(x) = 0, alors en appliquant u2on trouve λ1u2(x) = 0. Comme
u2(x)6= 0, on a λ1= 0. En appliquant alors uon d´eduit λ2= 0, puis λ3= 0. La
fammile ´etant libre et de cardinal 3 dans Ede dimension 3, c’est une base de E.
(d) La matrice de udans la base est la matrice Bci-dessus.
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