• Loi de composition interne sur E . On nomme ainsi toute

Loi de composition interne sur E. On nomme ainsi toute application de E×Eà valeurs dans E
:E×EE
(x, y)xy
Notation : si nN
alors x
n
=xx.. x, n fois est l’itéré n
i`eme
de xpour la loi
Associativité
associative ⇔ ∀(x, y, z)E
3
, x (yz) = (xy)z
quand une loi est associative il est inutile de mettre des parenthèses : attention certaines lois ne sont pas as-
sociatives ... par exemple la loi définie sur N
par ab=a
b
ne l’est pas puisque (a
b
)
c
=a
bc
=a
(b
c
)
en
général
Elément neutre : Il existe un élément neutre epour dans Essi
xE, e x=xe=x
Si eexiste et si la loi est associative , alors eest unique.
Inverse d’un élément : Si eexiste et si la loi est associative , on dit que l’élément xest inversible pour ssi il
existe un élément x
tel que
x
x=xx
=e
x
est alors unique et s’appelle l’inverse de xpour la loi : il est noté x
1
Commutativité
commutative ⇔ ∀(x, y)E
2
, x y=yx
Exercice
1
: Soit un ensemble Emuni d’une loi qui est associative, qui posséde un élément neutre e, et telle
que xE, x
2
=e: alors la loi est commutative
Un groupe est un couple (G, )formé d’un ensemble Gmuni d’une loi de composition interne , associative ,
possédant un élément neutre e, et telle que tous les éléments de Epossédent un inverse dans E
Soit (G, )un groupe et G
une partie de G.G
est un sous-groupe de Gsi elle est stable pour la loi et si de plus
(G
,)est un groupe. Ceci est équivalent à montrer que
eG
(x, y)G
2
, x y
1
G
Une application fde (G, $) dans (H, $)est un morphisme ssi
(x, y)G, f(x$y) = f(x)$f(y)
Si fest un morphisme surjectif et si (G, $) est un groupe alors (H, $)est un groupe et de plus
e
H
=f(e
G
)
f(x
1
) = (f(x))
1
Le noyau d’un morphisme de groupe fest
ker(f) = {xG, f(x) = e
H
}
C’est un sous groupe de (G, $)
L’image d’un morphisme de groupe fest
Im(f) = f(G)
Un morphisme fest injectif ssi ker(f) = {e
G
}.Il est surjectif ssi Im(f) = H
Un groupe est commutatif ssi la loi du groupe l’est . (Z,+) est un exemple de groupe commutatif
1
(x, y)E
2
, x yE, donc (xy)
2
=e= (xy)(xy), donc (xe)y= (x((xy)(xy)) yce qui donne grâce
à l’associativité de xy=yx
0.0.1 Sous groupe engendré par un élément.
Soit (G, )un groupe commutatif et aG. On note
nN
, a
n
=a.. a, n fois
nZ
, a
n
= (a
n
)
1
et a
0
=e.
Gr(a) = {a
n
, n Z}
L’ensemble Gr(a)est un sous-groupe de Gappelé sous groupe engendré par a
Par exemple si (G, ) = (U, ×)est le groupe des complexes de module 1, et a=e
2
5
Gr(a) = 1, a, a
2
, a
3
, a
4
=U
5
n’est autre que le sous groupe des racines cinquièmes de l’unité dans C.
Ordre d’un élément dans un groupe
Soit aG. On dit que aest d’ordre fini ssi il existe un entier p1tel que
a
p
=eet k∈ {1, .., p 1}, a
k
=e.
pest l’ordre de a:il est unique lorsqu’il existe , mais n’existe pas nécéssairement
par exemple dans (U, ×), a =e
i
n’est pas d’ordre fini
2
, alors que a=e
2
5
est d’ordre 5
Groupe cyclique . Un groupe Gest cyclique lorsqu’il existe un élément ade ce groupe tel que
Gr(a) = G
Par exemple ( Z,+) est cyclique car Z=Gr(1) = Gr(1) ,U
5
est cyclique car U
5
=Gr(e
2
5
), cependant
(R,+) n’est pas cyclique puisque si a= 0,Gr(a) = Za={na, a Z}, et Za=R
On appelle nérateur d’un groupe cyclique tout élément aqui vérifie Gr(a) = G
Le groupe U
n
des racines n
i`emes
de l’unité est cyclique , de cardinal n. Il admet pour générateur α=e
2
n
, ainsi
que tous les éléments de la forme α
k
ou 1kn1est un nombre premier avec n.
0.0.2 Le groupe symétrique
Groupe symétrique . On nomme ainsi le groupe S
n
des permutations de {1, .., n}
Card(S
n
) = n!
La transposition t
i,j
de S
n
est l’application telle que t
i,j
(i) = j, t
i,j
(j) = iqui laisse tous les autres éléments de
{1, .., n}invariants
Le cycle c
i
1
,..,i
k
est l’application ctelle que j∈ {1, .., k 1}, c(i
j
) = i
j+1
et c(i
k
) = i
1
Une transposition est un cycle de longueur 2
Génération de S
n
par les transpositions
σS
n
,pN
,t
1
, .., t
p
,p transpositions telles que σ=t
1
ot
2
o.......ot
p
Remarque : toute permutation peut se décomposer comme produit commutatif de cycles à supports disjoints
Par exemple f:1234567
4152376est la composée commutative de c
1,4,2
,c
3,5
, c
6,7
Signature d’une permutation
σS
n
, σ =t
1
ot
2
o.......ot
p
ε(σ) = (1)
p
L’application εest un morphisme de (S
n
, o)dans ({1,1},×).C’est d’ailleurs le seul morphisme non trivial.
Le noyau de ce morphisme est l’ensemble des permutations dont la signature est égale à 1 , que l’on nomme
permutations paires
A
n
={σS
n
, ε(σ) = 1}
2
en effet a
k
=e
ik
: a
k
= 1 k= 2rπ k=r= 0 car sinon on aurait πQ
A
n
est un sous groupe de S
n
, appelé groupe alterné.
Exercice: peut on passer de la position du taquin n
1 :
1 2 3
4 5 6
7 8
à la position n
2 :
213
456
7 8
en utilisant
la case vide pour faire glisser les pièces verticalement ou horizontalement ?
3
Un anneau (A, +,×)est un ensemble muni de deux lois internes +,×tel que
(A, +) est un groupe commutatif
×est associative
×possède un élément neutre 1
A
×est distributive sur +
si la loi ×est commutative , l’anneau est dit commutatif
Eléments inversibles
On note A
l’ensemble des éléments de Aqui admettent un inverse pour la loi ×
A
={xA, yA, xy =yx = 1
A
}
A
est un groupe multiplicatif
Corps .
Un corps est un anneau commutatif dans lequel tous les éléments non nuls sont inversibles
Un anneau commutatif est intègre ssi
(x, y)A
2
, xy = 0 x= 0 ou y= 0
(Z,+,×)est un anneau intègre . (Q,+,×)est un corps
3
Non . associons à chaque position du taquin la suite des chiffres lus dans la table en parcourant successivement les lignes de gauche à
droite. On obtient ainsi une permutation de {1, .., 9}. la position n
2définit une permutation de signature -1, alors que la position n
1a pour
signature 1 : or toutes les transformations possibles sur le taquin sont soit l’identité pour le glissements horizontaux, soit des cycles d’ordre
3 pour les glissements verticaux, dont la signtaure est égale à 1. Il est donc impossible en composant de telles permutations d’obtenir une
signature égale à 1
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