Existence d'un p-Sylow

Bonjour
(Je préviens celui qui décide de m'aider aura plein de choses à me reprendre ! Désolé d'avance ).
Je m'intéresse à la preuve du lemme suivant (Perrin p.19).

Lemme:
Soit $G$ un groupe avec $|G| = p^{\alpha}m$, avec $p \nmid m$ et soit $H$ un sous-groupe de $G$.
Soit $S$ un $p$-Sylow de $G$. Alors il existe $a \in G$ tel que $aSa^{-1} \cap H$ soit un $p$-Sylow de $H$.

Preuve:
Le groupe $G$ opère sur $G / S$ par translation à gauche et le stabilisateur de $aS$ est $aSa^{-1}$. (1)
Mais $H$ opère lui aussi su $G/S$ par restriction, avec comme stabilisateur de $aS$, $aSa^{-1} \cap H$. (2)
Il reste à voir que l'un de ces groupes est un Sylow de $H$. Ce sont déjà des $p$-groupes. (3)
Il suffit donc de montrer que, pour un $a \in G$, $|H/(aSa^{-1} \cap H|$ soit premier à $p$.
... (la suite c'est bon pour moi).

Alors mes questions :
(1) : Pourquoi dit-on que $aSa^{-1}$ est stabilisateur de $aS$?.
Je m'explique, par exemple si $G=(\{-73, ..., 73\},+)$ (j'ai pris: $p=7$, $\alpha=2$, $m=3$, i.e.: $p^{\alpha}m=147$).
Et si $S= \{-3,-2,-1,0,1,2,3\}$ (donc de card $p$ donc $p$-Sylow de $G$).
Alors de ce que je comprends c'est que $G/S=\{(-76,...,70), ... ,(-70,...,76)\}$.

Du coup si je prends un $a \in G$, $aSa^{-1}$ me redonne bien $S$. --> pourquoi parle-t-on de stabilisateur de $aS$ dans ce cas ?
(2) Pourquoi $aSa^{-1} \cap H$ si de toute façon $aS$ est stabilisé pour tout $a \in G$ ?
(3) Pourquoi $aSa^{-1} \cap H$ serait-il de card $p$ ? Dans mon exemple, si $H=\{-1,0,1\}$, on a bien $aSa^{-1} \cap H = H$.

Encore désolé pour mon ignorance, j'ai conscience que ce que j'écris regorge d'erreurs !

Réponses

  • 1) La stabilisateur de $aS$ est $aSa^{-1}$ car si $g \in G$ est tel que $g.aS=aS$, ça veut dire que pour tout $s \in S$, il existe $s' \in S$ tel que $gas=as'$, autrement dit $g=a(s's^{-1})a^{-1} \in aSa^{-1}$, et réciproquement il est clair que tout élément de $aSa^{-1}$ stabilise $aS$. Je n'ai rien compris à ton charabia, ton $G$ n'est même pas un groupe !

    2) Le stabilisateur de $aS$ sous l'action de $H$ doit être un sous-groupe de $H$, donc en général ce n'est pas $aSa^{-1}$, qui n'a aucune raison d'être un sous-groupe de $H$, mais $aSa^{-1} \cap H$.

    3) Un $p$-groupe n'est pas de cardinal $p$, mais de cardinal une puissance de $p$. C'est le cas de $S$, donc aussi de $aSa^{-1}$, et donc de son sous-groupe $aSa^{-1} \cap H$.
  • 1) Avec un peu de tolérance, on peut imaginer que $G$ est $\Z/147\Z$. En revanche, $S$ n'est pas un sous-groupe et a fortiori pas un $7$-Sylow.
  • Bonjour, OK merci de vos réponses.

    J'essaye de le refaire en disant moins de bêtises (je pars de loin donc ça devrait aller xD).

    Donc je prends $G=(\mathbb{Z}/147\mathbb{Z}, +)$.
    Alors je peux prendre comme sous-ensemble $S=(3\mathbb{Z}/147\mathbb{Z}) = \{\bar{0},\bar{3},\bar{6},\bar{9},...,\bar{141},\bar{144}\}$?
    Dans ce cas, $S$ est un $7^2$-Sylow? C'est le seul possible que je peux prendre ?

    Alors je devrais avoir $|G/S|=3$? mais alors je ne comprends pas de quoi est composé ce groupe?.

    Encore merci de m'aider pour tout ça :)
  • Tu as déjà entendu parler de $49$-Sylow ? J'attends la référence avec impatience pour ce concept novateur !

    Quant aux $7$-Sylow, l'un des théorèmes de Sylow dit qu'ils sont tous conjugués. Si tu en as un, tu les obtiendras tous en conjuguant. Dans un groupe cyclique, ça ne devrait pas être trop difficile.
  • Ah oui pardon, c'est un $7$-Sylow :).
    Mais $S$ est-il bien formé?

    Sinon dans Perrin, il est dit qu'un $p$-Sylow doit être de cardinal $p^{\alpha}$ tandis que dans un autre livre que j'ai de Josette Calais, il est dit que pour chaque $r$ ($1 \le r \le \alpha$), il existe un sous-groupe d'ordre $p^r$ (--> qui du coup est un $p$-Sylow?)
    Du coup en fonction de la définition, je ne sais pas si je dois m'attendre à en trouver 2 ou 1 dans mon exemple.

    Et pour ce que tu me dis, je ne sais pas comment conjuguer $S$?
    Je prends un élément de $g \in G$ et j'applique $gSg^{-1}$? si oui je retombe toujours sur le même groupe...
  • Les $p$-Sylow sont les $p$-groupes maximaux. Surprise : il en existe toujours, ils ont le bon cardinal et ils sont tous conjugués. Quand on y pense, c'est stupéfiant.

    Plus précisément, lorsque $|G|=p^\alpha m$ avec $p\wedge m=1$, les $p$-Sylow ont pour cardinal $p^\alpha$.

    On peut montrer que dans tout $p$-groupe d'ordre $p^\alpha$, il existe des sous-groupes d'ordre $p^k$ pour tout $k\in\{0,\dots,\alpha\}$. (Ce n'est pas en général considéré comme une partie des théorèmes de Sylow.)


    D'après le $n$-ième théorème de Sylow ($1\le n\le 3$), tous les $p$-Sylow d'un groupe fini sont conjugués : si $S$ et $S'$ sont deux $p$-Sylow, il existe $g$ dans le groupe tel que $S'=gSg^{-1}$. En particulier, un groupe admet un seul $p$-Sylow SSI il est distingué (ou, si on veut, ils sont tous distingués).

    Lorsque le groupe est abélien, la conjugaison est triviale, il existe un seul $p$-Sylow (et, comme tout sous-groupe d'un groupe abélien, il est distingué).

    Dans le cas de $\Z/147\Z\simeq\Z/3\Z\times\Z/49\Z$, le $p$-Sylow « est » $\Z/49\Z$, vu dans $\Z/147\Z$ comme $3\Z/147\Z$ comme tu l'as correctement écrit et dans le produit comme $\{1\}\times\Z/49\Z$.
  • Super c'est très clair merci!

    Je me permets de continuer sur mes doutes:
    On a donc: $G/S=49\mathbb{Z} / 147\mathbb{Z} = \{\bar{0}, \bar{49}, \bar{98}\}$.
    Quand on dit que $G$ opère sur $G/S$ par translation à gauche, on considère donc l'application:
    $$ G \times G/S \rightarrow G/S \\
    (g,x) \mapsto g.x $$


    Ici l'orbite de $\bar{49}$ (par exemple) est bien $G/S$ tout entier?
    Et le stabilisateur de $G/S$ est bien $S$? (C'est toujours le cas?).

    Le cas échéant, je ne sais pas si je pars trop loin, est-ce qu'on a que le stabilisateur de $H/(H\cap S)$ est $H\cap S$?
  • Pourquoi t'attends-tu à ce que $G/S$ soit un sous-groupe de $G$ ? Ce n'est pas naturel.
    1. Avec le lemme chinois, $G\simeq\Z/3\Z\times\Z/49\Z$ et $S=\Z/49\Z$ donc $G/S\simeq\Z/3\Z$.
    2. Avec $S=3\Z/147\Z$, on montre sans trop de peine que $(\Z/147\Z)/(3\Z/147\Z)\simeq\Z/3\Z$. Ce quotient n'a pas de raison d'être (isomorphe à) un sous-groupe de $G$ a priori (même s'il l'est en fait).

    L'action de $G$ par translation à gauche sur $G/S$ est évidemment transitive : pour envoyer l'élément $aS$ de $G/S$ sur l'élément $bS$ de $G/S$, il suffit de faire agir $g=ba^{-1}$.

    Dans ton exemple (mal choisi car abélien) (où je note $S=3G$) l'orbite de $49+3G$ contient $49+49+3G=\overline{98}$ et $49+49+49+3G=\overline{0}$.

    « Le stabilisateur de $G/S$ » : euh, dans n'importe quelle action d'un groupe $G$ sur un ensemble $X$, le stabilisateur de $X$ est $G$ tout entier : pour tous $g$ de $G$ et $x$ de $X$, $g\cdot x\in X$.

    Tu voulais sans doute dire : le stabilisateur de l'élément $eS$ de $G/S$ est $S$. Oui, c'est évident : quels sont les $g$ de $G$ tels que $geS=S$ ? D'évidence, si $g\in S$, on a bien $geS=S$. Inversement, si $geS=S$, alors $g=gee\in geS=S$, i.e. $g\in S$.

    À quelle condition est-ce que $gaS=aS$ ? À la condition que $a^{-1}gaS=S$, i.e. $a^{-1}ga\in S$ comme on vient de le voir, i.e. $g\in aSa^{-1}$.

    « ... le stabilisateur de $H/(H\cap S)$ » : no comprendo.
  • Bonsoir (un peu tard),

    Merci pour le temps que tu consacre à m'expliquer tout ça dans les détails!


    Math Coss écrivait:
    > Pourquoi t'attends-tu à ce que $G/S$ soit un sous groupe de $G$? Ce n'est pas naturel.

    Je ne comprends toujours pas pourquoi ce n'est pas un sous-groupe de $G$?
    La translation à gauche d'un groupe sur un sous-groupe ne donne pas aussi un sous-groupe?
  • Un quotient d'un ensemble pour une relation d'équivalence n'est à peu près jamais une partie de l'ensemble de départ. En particulier un quotient du groupe $G$ n'est jamais (directement) un sous-groupe de $G$. Par contre, il peut très bien être isomorphe à un sous-groupe de $G$ mais c'est une autre histoire.

    Quotient $\neq$ sous-groupe !
  • Mr PolluX a écrit:
    La translation à gauche d'un groupe sur un sous-groupe ne donne pas aussi un sous-groupe ?
    Qu'est-ce que tu veux dire par là ? Tel quel, ça ne veut rien dire : « donner » n'a pas de sens précis et « être » n'est pas une option pour remplacer car « la translation » est une action, une opération $G\times G\to G$, et donc pas un sous-groupe.

    Une interprétation possible : étant donnés un groupe $G$, un élément $g$ et un sous-groupe $S$, est-ce que $gS$ est un sous-groupe ? (En mots : le translaté à gauche d'un sous-groupe par un élément du groupe est-il un sous-groupe ?) La réponse est que cela équivaut à la condition $g\in S$. En effet, si $g\in S$, alors $gS=S$ qui est un sous-groupe ; si $gS$ est un sous-groupe, il contient le neutre $e$ de $G$, donc il existe $s$ dans $S$ tel que $gs=e$, donc $g=s^{-1}\in S$.
  • Merci beaucoup de vos réponses :)

    C'est plus clair tout ça pour moi maintenant!
Connectez-vous ou Inscrivez-vous pour répondre.