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Niveau LicenceMaths 2e/3e a
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Groupe quotient

Posté par
wuksey
28-01-19 à 08:45

Bonjour,

J'ai du mal à visualiser le groupe quotient de manière générale.

Par exemple : Je sais que Z/nZ, c'est l'ensemble des classes d'équivalences de nombres qui ont le même reste quand ils sont divisés par n.

Cette année en théorie des groupes, on me dit que G/H = {gh, h H}
C'est assez simple à appliquer au groupe symétrique Sn par exemple.

Mais si je reviens à Z/nZ, ça veut dire que Z/nZ = {z.nz' ; nz'nZ} ?

Merci.

Posté par
etniopal
re : Groupe quotient 28-01-19 à 09:22

Non  !
G/H  = { g.H │ g  H }
Un élément de G/H est donc g.H = { gh │ h H}  (appelé la classe de g modulo H )

Posté par
Olly
re : Groupe quotient 28-01-19 à 09:23

Bonjour,

La définition est fausse à priori, puisque un groupe quotient est un ensemble de classes. On a plutôt \frac{G}{H} = \{gH \, g \in G\}

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Groupe quotient 28-01-19 à 09:31

Bonjour,
Il va falloir vous mettre d'accord !

Posté par
Olly
re : Groupe quotient 28-01-19 à 09:38

J'ai raison ! Mais j'ai oublié un petit « tel que » dans ma définition d'ensemble..

Posté par
coa347
re : Groupe quotient 28-01-19 à 09:47

Bonjour,

Je rejoins Olly. Ce que tu as écrit est une classe à gauche, et une confusion peut se faire entre la notation additive et la notation multiplicative.

G/H = {gH, g G}, ensemble des classes à gauche gH={gh, h H} : G est noté multiplicativement
Z/nZ= {p+nZ, p Z}, ensemble des classes p+nZ={p+nq, q Z} : Z/nZ est un groupe additif commutatif.

Posté par
wuksey
re : Groupe quotient 28-01-19 à 13:03

Merci pour votre aide j'ai compris !

Appliqué à un autre exemple :

le groupe Q/Z = {qZ ; q Q}

Je veux regarder l'ordre des éléments de Q/Z.
Exemple : l'élément qZ ={q + z ; z Z}

Du coup, je me demande : l'ordre de cet élément qZ, c'est l'ordre d'un ensemble d'éléments : les q + z ; z Z. Du coup, les q + z sont tous de même ordre ? Je pose q = a/b
Donc on peut regarder l'ordre de l'élément q+0 = q = a/b, et ordre (a/b) = b ?

(L'exercice de base, c'était de montrer que (Q/Z, +) est infini et contient des éléments d'ordre finis)

Posté par
carpediem
re : Groupe quotient 28-01-19 à 14:43

salut

Q/Z n'est pas ce que tu dis puisque tu travailles avec la multiplication or (Z, *) n'est pas un groupe ....

Q/Z = {q + Z / q Q}

ou encore deux éléments q et q' sont dans la même classe qi q - q' est un entier relatif ...

il est alors clair que Q/Z = [0, 1[ Q est infini et que par exemple 1/2 est d'ordre fini

plus généralement 1/n est d'ordre fini ...

Posté par
coa347
re : Groupe quotient 28-01-19 à 14:48

Q étant un groupe additif (pas multiplicatif : 0 n'a pas d'inverse), j'écrirais Q/Z={q+Z, q Q}, ensemble des classes modulo Z, et pour q Z, la classe q+Z={q+z, zZ}.

Quel est l'élément neutre de Q/Z ? Appelons H cette classe.

Pour chercher l'ordre d'une classe, soit un élément q+Z, littéralement je ferais : existe-t-il n N, n(q+Z)=H ? Je discuterais en fonction de q.

Posté par
coa347
re : Groupe quotient 28-01-19 à 14:49

Pas vu ta réponse carpediem avant de répondre ...

Posté par
carpediem
re : Groupe quotient 28-01-19 à 14:53

no problemo ...

en plus j'ai probablement fait un erreur ...

Q/Z = ]-1, 1[ Q ...

il faut quand même l'opposé

Posté par
wuksey
re : Groupe quotient 28-01-19 à 14:56

Je comprends pas quelle partie de mon raisonnement est fausse, j'ai pas utilisé la multiplication ?

J'essaye de comprendre vos réponses !

Posté par
wuksey
re : Groupe quotient 28-01-19 à 15:01

Citation :
. n(q+Z)=H  


Ici H = q + Z c'est ça ?

Posté par
wuksey
re : Groupe quotient 28-01-19 à 15:04

Pardon j'ai dis n'imp!
Ici H = 0, le neutre pour l'addition.

On cherche donc le plus petit n tel que
n(q+Z) = 0

Posté par
jsvdb
re : Groupe quotient 28-01-19 à 15:06

Bonjour

carpediem @ 28-01-2019 à 14:53


en plus j'ai probablement fait un erreur ...Q/Z = ]-1, 1[ Q ... non, ça c'est une erreur

Q/Z peut avoir tous ses représentants dans [0,1[\cap \Q.

Si a/b \in [0;1[ alors -\left(\bar {a/b}\right) = \bar {1-a/b}

Posté par
coa347
re : Groupe quotient 28-01-19 à 15:08

Ce n'est pas ça. Le neutre de G/H de manière générale ? On cherche une classe.

Posté par
wuksey
re : Groupe quotient 28-01-19 à 15:10

C'est tout les éléments qui appartiennent à H c'est ça ?

Posté par
coa347
re : Groupe quotient 28-01-19 à 15:11

C'est la classe H elle-même. aH.H=aH.

Posté par
coa347
re : Groupe quotient 28-01-19 à 15:14

Q/Z={q+Z, q [0,1[Q}.

Posté par
wuksey
re : Groupe quotient 28-01-19 à 15:17

Et donc son élément neutre c'est H tel que

q+ Z + H = q + Z
J'ai du mal à comprendre comment à partir de ça on conclu que H est la classe de Z. Ni même ce qu'est la classe de Z. Désolé pour mes lacunes

Posté par
wuksey
re : Groupe quotient 28-01-19 à 15:22

En tout cas, si on considère que le neutre, c'est Z, il faut trouver n tel que
n(a/b + Z) = Z
Donc suffit de prendre n = b pour ordre ?

Posté par
Poncargues
re : Groupe quotient 28-01-19 à 15:23

Laisse tomber cette vision des éléments du quotient comme des classes. Ca ne sert véritablement a rien.
Utilise simplement que tu as une projection p:Q->Q/Z surjective, qui soit une morphisme et de noyau Z.

Posté par
carpediem
re : Groupe quotient 28-01-19 à 16:12

jsvdb @ 28-01-2019 à 15:06

Bonjour
carpediem @ 28-01-2019 à 14:53


en plus j'ai probablement fait un erreur ...Q/Z = ]-1, 1[ Q ... non, ça c'est une erreur

Q/Z peut avoir tous ses représentants dans [0,1[\cap \Q.

Si a/b \in [0;1[ alors -\left(\bar {a/b}\right) = \bar {1-a/b}
d'autant plus que je justifie que j'avais raison avec
carpediem @ 28-01-2019 à 14:43

salut

Q/Z n'est pas ce que tu dis puisque tu travailles avec la multiplication or (Z, *) n'est pas un groupe ....

Q/Z = {q + Z / q Q}

ou encore deux éléments q et q' sont dans la même classe qi q - q' est un entier relatif ...

il est alors clair que Q/Z = [0, 1[ Q est infini et que par exemple 1/2 est d'ordre fini puisque 1/2 + 1/2 = 1 enfin ce n'est pas une preuve mais un exemple !!!  

plus généralement 1/n est d'ordre fini ...

Posté par
coa347
re : Groupe quotient 28-01-19 à 16:35

C'est ça, il faut que n(a/b + Z)=Z, donc nq + nZ=Z.

Pour que la classe soit d'ordre fini, il faut avoir tous les éléments de Z à gauche de l'égalité, cela ne laisse pas beaucoup de possibilités, en commençant par distinguer q= ou 0.

Poncargues, comment ferais-tu avec le morphisme ?

Posté par
Poncargues
re : Groupe quotient 28-01-19 à 16:45

On prend un élément du quotient, il s'ecrit p(a/b) pour deux certains entiers a et b. On a bp(a/b)=p(b.a/b)=p(a)=0. Donc tout élément est d'ordre fini.

Posté par
Poncargues
re : Groupe quotient 28-01-19 à 16:48

Bien sur tu px sous entendre la fleche p en la notant par une barre voire en ne la notant meme pas, ce qui est le cas le plus courant.

Posté par
Poncargues
re : Groupe quotient 28-01-19 à 16:51

Mais ce qui compte c'est que tu as une fleche (j'utilise ce mot comme synonyme de morphisme) G->G/H. Surjective, de noyau H (H ici est un ss groupe distingué de G).

Le but de la construction de G/H comme classes a gauche sous H ne sert qu'a prouver ce que je viens de dire. Ensuite on peut littéralement oublier cette construction.

Posté par
coa347
re : Groupe quotient 28-01-19 à 21:57

Bonsoir Poncargues,

Ben moi avec les classes, je trouve qu'il n'y a que Z élément de Q/Z qui est d'ordre fini, toutes les autres classes sont d'ordre infini.

Pour être d'ordre fini, une classe q+Z doit vérifier n(q+Z)=Z, soit nq+nZ=Z pour un certain entier n. Il faut donc que nq Z, puis que nZ=Z-nq=Z, soit n=1 et q=1/n=1. Il n'y a donc que Z qui est d'ordre fini.

Par exemple, 1/2 + Z ne l'est pas, parce qu'il faut n(1/2+Z)=Z, soit n=2 (ou un multiple) => 1+2Z=Z, faux.

Où est l'erreur ? Je n'ai pas compris ta démonstration, parce que tu te situes dans un groupe multiplicatif, et on est dans un groupe additif.

Posté par
jsvdb
re : Groupe quotient 28-01-19 à 22:08

@coa347 : tu as b \times \bar {(\frac{a}{b})} = \bar a = \bar 0 donc tout élément est d'ordre le dénominateur de sa fraction irréductible.

Posté par
coa347
re : Groupe quotient 28-01-19 à 22:18

jsvdb Mais la classe de a/b, c'est a/b+Z (et non pas (a/b)Z). Donc b(a/b+Z)=a+bZa+Z ?

Posté par
Poncargues
re : Groupe quotient 28-01-19 à 22:22

Ton erreur est dans le fait que par définition de l'addition des classes tu n'as pas n(q+Z)=nq+nZ mais n(q+Z)=nq+Z... Cela vient de la façon dont l'addition des classes est définie. Je le répète personne ne pense à un quotient comme un ensemble de classes. De la même manière personne ne pense à un réel comme à une coupure de rationnels, meme si on est obligé de passer par là (ou par un autre chemin équivalent) pour construire les réels.
Pense-y de la manière dont je te l'ai présenté plus haut. Le quotient G/H c'est le groupe G dans lequel on a rajouté la règle h=0 pour tout élément de H.
Et plus formellement c'est ce que je disais plus haut, tu as une fleche surjective p de G dans G/H de noyau exactement H.

Et je travaille bien dans dans le groupe additif Q/Z, dans n'importe quel groupe tu peux "multiplier" un élément par un entier, si n est positif n.a est simplement a+a+...+a, fois et si n est négatif n.a est (-a)+...+(-a), -n fois.

Posté par
jsvdb
re : Groupe quotient 28-01-19 à 22:27

Bah oui, on est bien d'accord, mais l'addition dans \Q/\Z c'est défini par \bar{a/b}+\bar {c/d}=\bar {a/b + c/d} donc :

\underbrace{\bar{a/b}+\bar {a/b}+\cdots +\bar {a/b}}_{b \text{ fois}}=\bar {\underbrace{a/b + \cdots + a/b}_{b\text{ fois}}} = b\times \bar {a/b} =\bar a =\bar 0

Posté par
coa347
re : Groupe quotient 28-01-19 à 22:31

Ca y est, j'ai compris mon erreur entretemps : 1/2 + Z + 1/2 + Z, cela fait  1+Z=Z, car Z+Z=Z (et non pas 2Z). Je vais lire vos messages. Merci !

Posté par
coa347
re : Groupe quotient 28-01-19 à 22:46

Poncargues "Le quotient G/H c'est le groupe G dans lequel on a rajouté la règle h=0 pour tout élément de H. "
Je crois comprendre ton raisonnement. Tu ne te situes pas dans l'ensemble des classes, mais uniquement dans les rationnels compris entre 0 et 1, [0,1[Q, soit les représentants des classes, les autres éléments des classes sont comme "écrasés", ont disparus ?

Du coup, cela devient un peu plus évident en effet : par quoi faut-il multiplier a/b fraction irréductible pour obtenir un entier, soit la classe de 0 ? Ben par b. J'avoue que j'ai du mal.

Posté par
coa347
re : Groupe quotient 28-01-19 à 22:55

Les éléments nuls (ou neutres) sont les éléments de H, les autres ne sont que des a+H (ou aH), soit des a (qu'il s'agit de bien choisir au besoin). On peut raisonner seulement sur les a. Je crois que j'ai compris, merci.

Posté par
Poncargues
re : Groupe quotient 29-01-19 à 14:35

Citation :
Tu ne te situes pas dans l'ensemble des classes, mais uniquement dans les rationnels compris entre 0 et 1, [0,1[Q, soit les représentants des classes, les autres éléments des classes sont comme "écrasés", ont disparus ?

Non, surtout pas!
D'une manière generale c'est une tres mauvaise idée d'identifier un quotient à un système de representant des classes, la plupart des quotients ne sont pas scindés.
Ici c'est une tres mauvaise idée d'"identifier" Q/Z avec "[0,1[\inter Q", il y a une bijection entre les deux c'est tout, mais on s'en fout (exercice trivial, il n'y a aucune morphisme non trivial de groupe de Q/Z dans Q).

Quand on travaille dans le quotient on travaille dans le groupe dans lequel on a rajouté la règle "h=0" pour tout h de H et toutes les relations que cela implique, c'est tout. C'est simplement une facon de voir les choses. Par exemple dans Z/nZ, on fait les "calculs comme dans Z" et on rajoute la règle n=0.
C'est de cette façon qu'on voit les choses en general.

Bien sur en pratique pour formaliser proprement ce que ca veut dire, c'est encore et toujours ce que je j'ai dit plus haut.
Citation :
tu as une fleche surjective p de G dans G/H de noyau exactement H.

Tu peux totalement oublier que les éléments de G/H sont des classes en fait, ce que "sont" les éléments de G/H n'a aucune espèce d'importance pour des raisons qui nous amèneraient un peu loin.

Bref tout ceci te paraitra parfaitement evident avec un peu de pratique.

Posté par
carpediem
re : Groupe quotient 29-01-19 à 15:01

je suis ni pour ni contre ... bien au contraire ...

on peut identifier Q/Z avec [n, n + 1[ \cap \Q pour tout n

et suivant ce qu'on fera on prendra aussi bien n = -10235 que n = +356  (1)

mais aussi le plus simple pour "voir" l'addition mais surtout l'opposé c'est de choisir n = 0

et alors l'opposé de a/b est (b - a)/b  (avec 0 =< a < b)

l'important c'est de voir que l'élément r de Q/Z est l'ensemble r + Z de Q

et donc r + r' = 0 \iff r + r' \in \Z  (2)

ce qui signifie comme le dit Poncargues que Z = 0 ou encore toute entier n de Z vaut 0 dans Q/Z (c'est "sa flèche")


(1) : un exemple classique au lycée est le calcul d'angle orienté où pour additionner des angles orientés on choisira tel représentant plutôt que tel autre ...

(2) : en terme de langage des congruences on dira que rles rationnels r et r' sont congrus (modulo Z) <=> ils ont même partie fractionnaire <=> r - E(r) = r' - E(r')
où E est la partie entière ...

Posté par
coa347
re : Groupe quotient 29-01-19 à 17:18

Bonjour Poncargues et carpediem,

Poncargues Je pense que chacun a sa manière de voir les choses, il n'y a pas de meilleure ou de moins bonne idée. Désolée, mais pour ma part, la "flèche" ne me parle pas.

Pour ma part, je le vois comme un écrasement, on ne voit que celui qui est devant, l'arbre qui cache la forêt, on ne voit que l'arbre, on se moque de la forêt derrière.

D'autres le verront différemment.

Pour Q/Z, on ne voit que la partie fractionnaire (merci carpediem) du rationnel, on se moque de sa partie entière, qui vaut 0, soit Z=0.

Il y a des représentants plus immédiats que d'autres : la partie fractionnaire comprise entre 0 et 1, c'est mieux que la partie fractionnaire +1 ou -10 (en effet pour l'opposé), la mesure principale de l'angle, c'est mieux qu'une mesure quelconque (on le voit mieux sur le cercle), la classe modulo n : le reste de la division euclidienne est plus immédiat et a une vraie signification, ... .

Pour les jours de la semaine par contre, on n'a pas pris un représentant pour le mettre en exergue.

Posté par
coa347
re : Groupe quotient 29-01-19 à 17:25

Pour les calculs (parce que c'est aussi le but), il faut avoir présent à l'esprit de remettre à 0 ... les 0 (si je puis dire), soit les éléments de la classe neutre. D'où mon erreur, nZ ça fait Z, soit 0.
Bizarre de tomber sur une notation qui induit en erreur.



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