Ordre de $(xy)^{pq}$

Bonjour
Je bute sur une proposition dont je ne saisis pas toutes les subtilités, pouvez-vous m'éclairer ?

Proposition 16 :
Soit (G,.) un groupe et soient x et y des éléments de G tels que xy=yx. Si x et y sont des éléments d'ordres finis respectifs p et q, et si p et q sont premiers entre eux, alors xy est un élément de G d'ordre pq.


Du coup j'ai voulu tester voici ce que j'en comprends :
On sait que :
$x^p = e$
$y^q = e$
On veux monter que $(xy)^{pq} = e$
$(xy)^{pq} = x^{pq}.y^{pq} = (x^{p})^{q}.(y^{q})^{p}$
$(xy)^{pq} = (e)^{q}.(e)^{p} = e.e = e$

Mais ce que je ne vois pas c'est puisque $x$ et $y$ sont d'ordres finis, est-ce que $G$ est un groupe fini ou ce n'est pas une obligation ? (Si oui, quel est son ordre ?)

Là où je suis vraiment perdu c'est quand j'essaie avec des valeurs numériques.
J'ai par exemple essayé d'utiliser le groupe $(G,.) = (\mathbb{Z}/11\mathbb{Z}, +)$, et pris
x=3 p=8
y=7 q=3
Je n'arrive à rien.

Merci.

Réponses

  • Salut,

    Non $G$ n'est pas forcément fini.

    Sinon, je n'ai pas compris ton exemple : dans $(\Z/ 11\Z , +)$, on a $8*3=24=2 \ne 0$ donc l'ordre de $3$ n'est pas $8$ ...
  • $G$ n'est pas nécessairement d'ordre fini. Par exemple dans le groupe infini $(\mathbb Z/2 \mathbb Z[X], +)$, tout élément est d'ordre $2$.

    Ensuite ta proposition te dit que $(xy)^{pq}=e$ et $pq$ est le plus petit exposant tel que cela se produise.
  • Si $x $ et $ y$ sont des éléments d'ordres finis respectifs $ p$ et $ q$ d'un groupe $G$, si $ p$ et $ q$ sont premiers entre eux, et si $xy=yx$, alors $xy$ est un élément de $G$ d'ordre $ pq$.
    Démonstration.
    On a : $(xy)^{pq}=x^{pq}y^{pq}=e$, ce qui prouve que l'élément $xy$ est d'ordre fini et que cet ordre $\omega $ est un diviseur de $pq$.
    De plus : $e=(xy)^{p\omega }=x^{p\omega }y^{p\omega }=y^{p\omega}$, ce qui prouve que $q$ divise $p \omega $, et comme $q$ est premier avec $p$, il s'ensuit que $q$ divise $\omega $.
    On prouve de même que $p$ divise $\omega $.
    Comme $p$ et $q$ sont premiers entre eux, on en déduit : $pq \mid \omega $, et enfin : $\omega =pq$.
    En fait tout se passe dans le sous-groupe engendré par $x$ et $y$, qui est d'ordre fini. L'ordre du groupe « ambiant » $G$ n'a aucune importance, il n'est même pas forcément fini.

    Bonne journée.
    Bonne Saint-Patrick, figure éminente de notre Europe.
    Fr. Ch.61342
  • Sinon,

    Tu peux prendre l'exemple suivant : $G := (\Z/15\Z, +)$.

    L'ordre de $10 =$ ???.
    L'ordre de $3 = $ ???
    L'ordre de $10+3 = $ ???
  • flipflop, j'ai pas réfléchis sur ton exemple, mais j'essaierai tout à l'heure, je reviendrai dessus.


    J'avais écrit ce qui est ci-dessous, mais maintenant avec ce que Chaurien a marqué, je ne sais plus si c'est pertinent.
    Justement Chaurien, quel est le sous-groupe engendré par x et y ?

    Est-ce ({0, 10, 20,.... , 230}, +)




    D'accord G n'est pas fini.

    Si je prends le plus simplement possible (G,.) = (Z, +)

    Alors x=3 et y=7 appartiennent à G
    Et p=8 et q=3 sont bien premiers entre eux.

    D'abord avec ce que j'ai pris ci-dessus, x et y engendrent bien les ensembles suivants, n'est-ce pas ?
    Gr(x) = {0,3,6,9,12,15,18,21}
    Gr(y) = {0,7,14}

    Pourquoi $(xy)^{pq} = e$ ?

    Le groupe G étant additif j'imagine qu'il faut comprendre ce qui est ci-dessus ainsi : (pq)*(x+y)
    (3+7) = 10
    240 vaut à la fois 0 dans Gr(x) et dans Gr(y) ? non ?
  • Tu dois avant tout choisir le groupe $G$ et ensuite prendre des éléments dans le groupe ! Pas l'inverse !
  • Si on considère le groupe $\left(\mathbb{Z}/11\mathbb{Z},+\right)$

    Les éléments, hormis l'élément neutre $0$, sont tous d'ordre $11$ (puisque c'est un nombre premier, il n'a que deux diviseurs entiers naturels positifs distincts)
    (Théorème de Lagrange oblige !)

    Si tu veux une illustration concrète prends plutôt le groupe $\left(\mathbb{Z}/6\mathbb{Z},+\right)$.
    Il a au moins un élément d'ordre $2$ et un élément d'ordre $3$.

    Dans le résultat que tu indiques il faut vérifier 4 choses (que tu ne vérifies pas dans l'exemple que tu donnes plus haut):

    1) ab=ba
    2) a est d'ordre p.
    3) b est d'ordre q
    4) p et q sont premiers entre eux.
  • Morgatte a écrit:
    Le groupe G étant additif j'imagine qu'il faut comprendre ce qui est ci-dessus ainsi : (pq)*(x+y)

    Il faut le comprendre comme:

    $(p+q).(x+y)$

    $p,q$ sont des entiers naturels, $x,y$ des éléments du groupe $G$ abélien et:

    $n.x:=x+x+...+x$ "somme" de $n$ fois $x$.

    Et bien sûr, on a $(p+q).x=p.x+q.x$
  • Avec tout ce que vous m'avez dit je commence à mieux comprendre. En particulier ce qui me mettait complètement dedans c'est que je confondais l'ordre d'un élément du groupe avec le cardinal du groupe.

    Bref j'en suis là dans mes exemples concrets pour mieux voir ce qui se passe :
    Ca me semble être correcte:

    1) Pour un groupe multiplicatif :

    Soit (G,.) = $U_{6}$ = ({$e^{i\frac{2k\pi}{6}}$ : k=0 ,... , 5}, x)
    o($e^{i.0}$=1) = 1
    o($e^{i\frac{\pi}{3}}$) = 6
    o($e^{i\frac{2\pi}{3}}$) = 3
    o($e^{i\pi}$) = 2
    o($e^{i\frac{4\pi}{3}}$) = 3
    o($e^{i\frac{5\pi}{3}}$) = 6

    En prenant x = $e^{i\frac{4\pi}{3}}$ d'ordre p = 3, et y = $e^{i\pi}$ d'ordre q = 2

    Alors xy = $e^{i\frac{4\pi}{3}}.e^{i\pi}$ = $e^{i(\frac{4\pi}{3}+{\pi})}$ = $e^{i\frac{7\pi}{3}}$ = $e^{i\frac{\pi}{3}}$ qui est d'ordre 6 (ci-dessus) tout comme pq = 3*2 = 6 Donc ok pour ce groupe.

    2) Pour un groupe additif :

    Soit (G,.) = (${\mathbb{Z}/6\mathbb{Z}}$, +) = ({0,1,2,3,4,5}, +)
    o(0) = 1
    o(1) = 6
    o(2) = 3
    o(3) = 2
    o(4) = 3
    o(5) = 6

    En prenant x = 4 d'ordre p = 3, et y = 3 d'ordre q = 2

    Alors x+y (car noté additivement) x+y = 7(mod 6) = 1 qui est d'ordre 6 (comme ci-dessus) tout comme pq = 3*2 = 6.

    En aparté (Fin de partie) :
    Il me semble bien, vu ce dernier test que $xy^{pq}$ en notation additive soit $(pq)(x+y)$ (ou bien je loupe encore quelque chose.)

    Maintenant j'ai deux autres questions :
    - J'ai réfléchi et je ne vois pas d'exemple pour un groupe infini, comment avoir des éléments d'ordres différents ?
    - Peut-on créer (au lieu d'un groupe monogène) un groupe engendré par 2 gènes et quel serait son aspect si je prenais les chiffres 2 et 3 comme gènes ?
  • flipflop écrivait : http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?3,1427810,1427842#msg-1427842
    [Inutile de recopier un message présent sur le forum. Un lien suffit. AD]
    Je viens de relire ton post.

    3, 5 et 10 sont des éléments de ce groupe ?
    Je pensais que les éléments de ce type de groupe étaient forcément des multiples de 15, non ?
  • Le groupe $\mathbb{U} = \{ z \in \C, \, |z|=1 \}$ est infini et pourtant tu as des éléments d'ordre fini.
  • Les éléments de $\mathbb Z/15\mathbb Z$ ne sont pas des multiples de $15$. Ce sont $0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13$ et $14$ (en tout cas leur classes d'équivalence pour la relation d'égalité modulo $15$).
  • La vache je refais la même erreur, à propos de la cardinalité de l'ensemble !! :-X

    flipflop, ah oui c'est vrai, c'est un groupe infini. ok, mais comment déterminer l'ordre d'un de ses éléments ?
    J'imagine que pour des angles modulo ($2\pi/n$) pour (n Naturel) c'est facile mais pour des angles qui ne sont pas modulo ($2\pi/n$) j'imagine qu'ils sont d'ordres infinis n'est-ce pas ?

    Je vais réfléchir à ce groupe.
    @+
  • On peut montrer que les éléments d'ordres finis de $\mathbb U$ sont les $\exp(2i\pi q)$ avec $q \in \mathbb Q$ en utilisant le fait que $\mathbb U = \{\exp(i \theta), \theta \in \mathbb R\}$ et le fait que $\exp(z)=1$ si et seulement si $z = 2ik\pi$ avec $k \in \mathbb Z$.
  • Je regarde ton dernier exemple sur les groupes infinis.

    Peut-être que je dis une bêtise mais si je prends $q1\in{\mathbb{Q}}$ tel que q1 = 13/17
    L'ordre de cet élément x = $e^{i(2\pi.\frac{13}{17})}$ est-il bien 17, pourvu que numérateur et dénominateur soient premiers entre eux ?
  • Oui car si $\exp\left( 2i \pi \frac{13}{17} \right)^k=1$ pour un certain $k \in \mathbb N^*$, cela veut dire que $\frac{13k}{17} \in \mathbb Z$. Le plus petit tel $k$ est bien entendu $17$.
  • Bien vu, très claire ton explication.
    Je comprends tout ça beaucoup mieux.

    Dernière chose, à partir des 2 groupes finis $U_{6}$ = ({$e^{i\frac{2k\pi}{6}}$ : k=0 ,... , 5}, x) et (${\mathbb{Z}/6\mathbb{Z}}$, +) on peut faire une bijection.

    Il me semble du coup qu'il soit possible d'effectuer une bijection du groupe $\mathbb{U}$ = ($\{ z \in \C, \, |z|=1 \}$, x) vers un autre groupe infini mais je ne sais pas trop comment l'écrire.

    Ceci existe-t-il : $({ \mathbb{Z}^{2}/\mathbb{Q}}, +)$ ?


    En tout cas cette simple proposition de 2 lignes me parait extrêmement vaste en y regardant de plus près. Je trouve juste dommage que tous les livres donnent un cadre fortement théorique mais peu exemples concrets pour vraiment voir ce qui s'y cache.
  • Ce n'est pas $\mathbb Z^2/\mathbb Q$ (qui n'a pas de sens) mais $\mathbb R/\mathbb Z$ via $x \mapsto \mathrm{e}^{2i\pi x}$.
  • J'ai pas compris le $\mathbb R/\mathbb Z$. Aurais-tu voulu dire $\mathbb R/\mathbb C$ ?
  • Morgatte,

    tu sembles manipuler les notations d'ensemble quotient (*) sans trop savoir ce que c'est. Dans $A/B$, $B$ est une partie de $A$, ce qui n'est le cas ni de $\mathbb Z^2/\mathbb Q$ ni de $\mathbb R/\mathbb C$.
    Revois un cours sur le sujet, sur les groupes quotients par exemple.

    Cordialement.

    (*) plus exactement de structure quotient
  • Le groupe $\mathbb R/\mathbb Z$, c'est essentiellement l'intervalle $[0, 1[$, où on identifie $1$ avec $0$, et l'opération est l'addition modulo $1$. Si on fait un dessin où l'on fait se rejoindre les points $0$ et $1$ on tombe bien sur un cercle ! L'isomorphisme explicite est bien $\mathbb R/\mathbb Z \ni x \mapsto \mathrm{e}^{2i\pi x} \in \mathbb U$. (c'est même un homéomorphisme)
Connectez-vous ou Inscrivez-vous pour répondre.