algèbre générale
Groupes.
1. Montrer que si aet bsont deux éléments d’un groupe Gd’ordre pet qavec pet qpremiers
entre eux et ab =ba, alors ab est d’ordre pq. Montrer que le résultat est en défaut si on ne
suppose plus que aet bcommutent ou si on enlève l’hypothèse pet qpremiers entre eux.
2. Groupes Z/nZ.
(a) Montrer que Z/aZ×Z/bZest cyclique ssi aet bsont premiers entre eux.
(b) Soit le groupe (Z/nZ,+). Soit dun diviseur de n. Montrer que le groupe Z/nZadmet un
unique sous-groupe d’ordre d.
(c) Soit dun diviseur de n. Montrer qu’il y a exactement ϕ(d)éléments d’ordre ddans Z/nZ.
En déduire, en utilisant le théorème de Lagrange que
n=X
d|n
ϕ(d)
(d) On cherche à déterminer tous les morphismes de groupes de Z/8Zdans Z/12Z.
i. Montrer que deux morphismes sont égaux ssi ils prennent la même valeur en 1.
ii. Montrer que l’ordre de l’image de 1doit être un diviseur de 8et de 12.
iii. En déduire qu’il y a exactement 4morphismes de groupes de Z/8Zdans Z/12Zet les
expliciter.
iv. Montrer qu’il y a exactement m∧nmorphismes de groupes de Z/nZdans Z/mZ.
Les expliciter.
(e) Les groupes (Z/7Z)∗et (Z/9Z)∗sont-ils isomorphes ?
3. On note Unle groupe des racines nde l’unité dans C∗.
(a) Soit Gun sous-groupe fini de (C∗,∗). Montrer que tout élément de Gest une racine de
l’unité. En déduire que les seuls sous-groupes finis de C∗sont les groupes de la forme Un.
(b) Montrer l’équivalence
n|m⇐⇒ Un⊂Um
(c) Montrer que l’intersection de Unet Umest égal à Udavec d=m∧n. Montrer que l’ensemble
UnUmdes produits zz0avec zdans Unet z0dans Umest égal à Uravec r=m∨n.
4. Soit ϕ:G→G0un morphisme de groupe et Gest de cardinal fini.
(a) Soit y∈Imϕ et x0∈ϕ−1(y). Montrer que ϕ−1(y) = x0Kerϕ. En particulier, |Kerϕ|=
|ϕ−1(y)|.
(b) En déduire que |G|=|Kerϕ||Imϕ|.
5. Théorème de Lagrange.
Soit Gun groupe et Hun sous-groupe de G.
(a) Montrer que la relation x∼yssi x−1y∈Hest une relation d’équivalence sur G.
(b) Montrer que la classe de xest l’ensemble xH (classes à gauche).
(c) En déduire que si Gest fini, alors le cardinal de Hdivise celui de G.
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