Cours du Prof. Anand Dessai Algèbre et géométrie I Viveka

Cours du Prof. Anand Dessai Algèbre et géométrie I
Viveka Erlandsson & Ivan Martino
Série 5
À rendre avant le vendredi 23 octobre, 12h
Exercice 1
1. Soit Gun groupe. Montrez que si G/Z(G)est cyclique, alors Gest abélien.
2. Montrez que tout groupe d’ordre p2est abélien.
Remarque: On peut déduire de cela, mais on ne vous demande pas de le faire pour
l’instant, que tout groupe d’ordre p2est isomorphe à Z/p2Zou Z/pZ×Z/pZ.
3. Est-ce que le résultat du point précédent est vrai pour les groupes d’ordre p3?
Exercice 2 Utilisez les théorèmes de Sylow pour montrer que :
(a) tout groupe d’ordre 45 est abélien;
(b) tout groupe d’ordre 50 n’est pas simple.

Le but des deux prochains exercices est de montrer le théorème suivant.
Théorème. Tout groupe non-abélien d’ordre strictement plus petit que 60 n’est pas simple.
Au cours, on a vu les propositions suivantes.
Proposition. Soient pet qdeux nombres premiers distincts.
i) Tout p-groupe d’ordre non premier n’est pas simple.
ii) Tout groupe d’ordre pq n’est pas simple.
iii) Tout groupe d’ordre p2qn’est pas simple.
Exercice 3 (Bonus)
a) Listez les cas qui ne sont pas concernés par la proposition (pour démontrer le théorème
ci-dessus).
b) On sait que tout groupe d’ordre 40 admet un unique 5-sous-groupe de Sylow (voir séries 4,
ex. 2). Montrez que tout groupe d’ordre 42 admet un unique 7-sous-groupe de Sylow et
tout groupe d’ordre 54 admet un unique 3-sous-groupe de Sylow.
Exercice 4 (Bonus)
a) Montrez que tout groupe d’ordre 30 admet soit un unique 5-sous-groupe de Sylow, soit un
unique 3-sous-groupe de Sylow.
b) Montrez que tout groupe d’ordre 56 admet soit un unique 7-sous-groupe de Sylow, soit un
unique 2-sous-groupe de Sylow.
c) Montrez que tout groupe Gd’ordre 24 ou 48 admet soit un unique 2-sous-groupe de Sylow,
soit un homomorphisme non-trivial de Gdans S3dont le noyau nous fournit un sous-groupe
normal de G.
(Indication: s’il existe plus qu’un 2-Sylow, en choisir un, disons P, et laisser agir le groupe Gpar multipli-
cation à gauche sur l’ensemble quotient G/P .)
d) Montrez que tout groupe Gd’ordre 36 admet soit un unique 3-sous-groupe de Sylow, soit
un homomorphisme non-trivial de Gdans S4dont le noyau nous fournit un sous-groupe
normal de G.