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Majoration du cardinal du centre d'un groupe non commutatif

Posté par
BlackBird
26-02-22 à 11:22

Bonjour, je m'intéresse à l'exercice suivant:
Soit G un groupe non-commutatif de cardinal n. Montrer que  card(Z(G)) \leq \frac{n}{4}

Je me suis donc intéressé au rapport k des cardinaux de G et de son centre. Z(G) étant un sous-groupe de G, k est un entier non nul d'après le théorème de Lagrange.

k \neq 1 car G n'est pas abélien.

Si k=2, je me donne a \in G-Z(G).
Z(G) \sqcup aZ(G)=G (car f: x \rightarrow ax est une bijection, donc card(Z(G)) = card(aZ(G)), et Z(G) \cap aZ(G)=\varnothing) ce qui est  absurde car alors G est abélien.

C'est pour le cas k=3 que je suis bloqué. J'ai essayé de raisonner de la même manière que pour le cas k=2.
Si k=3, je me donne a \in G-Z(G) et j'essaie de prouver cette fois que Z(G), aZ(G)et  a^{2}Z(G) forment une partition de G. Les 3 sont de même cardinaux (f(Z(G)) = aZ(G)) et f(aZ(G))=a^{2}Z(G)) mais je ne parviens pas à montrer qu'ils sont disjoints 2 à 2 (l'intersection qui me pose problème est celle entre Z(G) et a^{2} Z(G). En fait , ça marcherait si a^{3} était un élément du centre, mais rien ne l'y oblige.

Pouvez-vous m'aider?

Posté par
carpediem
re : Majoration du cardinal du centre d'un groupe non commutatif 26-02-22 à 12:14

salut

je ne pense pas que tu aies pris la bonne direction ...

Z(G) contient le neutre e de G bien sûr

G n'est pas abélien donc il existe au moins un y dans G - Z(G) et un x dans G tel que xy \ne yx

pour tout a dans Z(G) : ax = xa et ay = ya donc axy = xya et ayx = yxa

mais (ax)y \ne y(ax) $ et $ ay(x) \ne x(ay)

et en considérant les inverses alors à chaque fois que je me donne un couple (x, y) tels que xy \ne yx et un élément a de Z(G) je peux trouver quatre couples (u, v) tels que uv \ne vu

peut-être l'idée est ainsi ... mais c'est peut-être mal formulé ...

Posté par
carpediem
re : Majoration du cardinal du centre d'un groupe non commutatif 26-02-22 à 13:26

pour le dire peut-être un peu mieux ...

si x et y ne commutent pas (*) alors les sous-groupes <x> et <y> sont constitués d'éléments ne commutant pas ...

et ces sous-groupes contiennent au moins deux éléments : eux et leur inverses ...

en remarquant que si x^2 = e alors x = x^{-1}

donc y = ey \iff y = x^2 \iff xy = yx est contradictoire avec (*)

Posté par
GBZM
re : Majoration du cardinal du centre d'un groupe non commutatif 26-02-22 à 14:30

Bonjour,

Plutôt que de considérer G\setminus Z(G), il vaut mieux s'intéresser à G/Z(G).
On peut montrer que si G n'est pas abélien, alors G/Z(G) n'est pas monogène

Posté par
BlackBird
re : Majoration du cardinal du centre d'un groupe non commutatif 26-02-22 à 18:01

carpediem je ne vois pas comment aller plus loin avec ce que tu  proposes...

GBZM Malheureusement mes connaissances sur les groupes quotients sont très limitées (ils sont à peine évoqués dans mon cours, car hors programmes en MP). En fait, dans le cas qui me pose problème, le groupe quotient G/Z(G) c'est, avec les notations que j'ai introduit, \{e,a,a^{2}\} (enfin leurs classes d'équivalence respectives), ce qui résout mon problème puisque alors j'ai bien a^{3} \in Z(G)
Du coup mon problème c'est juste de le montrer sans faire appel aux groupe quotient

Posté par
GBZM
re : Majoration du cardinal du centre d'un groupe non commutatif 26-02-22 à 20:17

Tu peux montrer que a^2 n'appartient pas à Z(G)\cup aZ(G). Du coup, tu as bien ta partition.

Posté par
BlackBird
re : Majoration du cardinal du centre d'un groupe non commutatif 27-02-22 à 14:01

GBZM Je n'arrive pas à montrer que a^{2} \notin Z(G)

Posté par
GBZM
re : Majoration du cardinal du centre d'un groupe non commutatif 27-02-22 à 14:20

Je t'ai suggéré de démontrer que a^2 n'appartient pas à Z(G)\cup aZ(G).
Indication puisque tu as l'air coincé : si c'était le cas, Z(G)\cup aZ(G) serait un sous-groupe de G.

Posté par
BlackBird
re : Majoration du cardinal du centre d'un groupe non commutatif 27-02-22 à 14:34

C'est bon je l'ai. Merci GBZM

Posté par
GBZM
re : Majoration du cardinal du centre d'un groupe non commutatif 27-02-22 à 14:55

Je trouve un peu dommage que l'on se prive du groupe quotient.  L'argument devient beaucoup plus clair quand on pense justement en termes de groupe quotient !
Bref, étudier les groupes en général en ne parlant pas du quotient par un sous-groupe distingué, c'est à mon sens une idiotie.

Posté par
GBZM
re : Majoration du cardinal du centre d'un groupe non commutatif 27-02-22 à 15:02

Je précise que le reproche ne s'adresse pas à BlackBird : ce n'est pas lui qui fait le programme, ni lui qui pose les exercices.



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