Normalisateur et inégalité des indices

Bonsoir à tous !!
Depuis quelques temps je bloque sur ces questions.
Soit $G$ un groupe fini, $H$ un sous-groupe de $G$, $x$ un élément de $G\setminus Z(G),$ où $Z(G)$ est le centre de $G$.
On note $N(H)$ le normalisateur de $H$.
1) Montrer que si G est d'ordre $p^{r}m$ où p est un entier premier et H un p-sous groupe de Sylow alors $N(N(H))=N(H)$;
2) Si $G$ est non abélien, montrer que :
$1<[G:C(x)]<[G:Z(G)] $
3) On suppose que $G$ est non abélien et d'ordre $ p^n, $ où $p$ est un entier naturel premier et $n\in \N$.
i) Montrer que $p<[G:Z(G)]$.

Pour 1) , comme tout sous-groupe est normal dans son normalisateur par définition alors on a toujours $ N(H) \subset N(N(H))$
Pour montrer la seconde inclusion les choses deviennent compliquées. Voici néanmoins comment j'ai abordé le problème.
On a $N(H)=\{a \in G \mid aH=Ha \}$; $N(N(H))=\{b \in G\mid bN(H)=N(H)b \}$.
J'ai essayé de prouver cela directement en utilisant la définition mais j'ai coincé. J'ai alors voulu montrer que $H$ est normal dans $N(N(H))$.
Mais je me suis toujours trouvé bloqué.
Pour le 2) j'ai remarqué que comme $x \notin Z(G)$, alors il existe $y \in G$ tel que $xy \neq yx$ et à partir de ça je montre l'existence d'au moins deux classes à gauche suivant $C(x)$ et j'ai ma première inégalité.
Pour la seconde je n'ai aucune idée.
Pour la question 3) je n'ai également aucune idée.
J'ai besoin d'aide svp.

Réponses

  • La 1) est fausse, on a pas $N(N(H))=N(H)$ en général.

    Contre-exemple : dans $\mathfrak{S}_{4}$, si on prend $H:=<(1\ 2)>$.
  • Ah d'accord merci Raoul.s
    Je viens de voir dans un autre document on a ajouté l'hypothèse G est un groupe fini d'ordre $p^{r}m$ et H est un p-sous-groupe de [large]S[/large]ylow.
    Dans ce cas, comment prouver ce résultat ?

    [Ludwig Sylow (1832-1918) prend toujours une majuscule. AD]
  • Bonsoir

    Si $H$ est un $p$-Sylow de $G$, alors il est aussi $p$-Sylow de son normalisateur $N(H)$ (argument de cardinalité).
    Mais $H$ est distingué dans son normalisateur, donc c'est l'unique $p$-Sylow de $N(G)$, $H$ est donc caractéristique dans $N(H)$ (unique sous-groupe de $N(H)$ de ce cardinal).
    Or, $N(H)$ est distingué dans $K:=N(N(H))$, donc $H$ est distingué dans $K$ (caractéristique dans un distingué) donc par définition du normalisateur $K\subset N(H)$, c'est-à-dire $N(N(H))\subset N(H)$.
  • Bonjour à tous !!
    Tout d'abord merci AD pour la correction orthographique du nom de Sylow.
    Pour ton raisonnement AD, il est assez simple lorsqu'on connais les sous groupes caractéristiques (moi je n'en savais rien). J'ai dû chercher et lire rapidement ce cours pour comprendre ton raisonnement ! Ça me fait un plus en culture Générale : Merci beaucoup.
    Pour les autres questions, s'il-vous-plaît quelqu'un n'aurait pas un raisonnement à me suggérer ??
    Toute idée est là bienvenue !!
  • Rien que quand tu écris  :
    Kcg a écrit:
    $G$ est un $p$-groupe et H est un $p$-sous groupe de Sylow
    ça ne donne pas très envie de lire la suite (et c'est censé être la correction du premier énoncé !). Réfléchis deux secondes à ce que cela implique dès que l'on sait ce qu'est un $p$-sous groupe de Sylow...
  • Brian tu t'en doutes bien que j'ai réfléchis à ce propos avant de démander de l'aide.
    Bien qu'en sachant les implications qu'apportent l'information "H est un p-sous groupe de Sylow" , je n'arrivais à rien. C'est grâce au raisonnement de AD , que j'ai pû lier ces implications avec les propriétés des sous-groupes caractéristiques.
    Plus exactement avec le raisonnement de AD, j'ai raisonné avec l'automorphisme intérieur de N(N(H)) dont sa restriction à N(H) reste un automorphisme et ainsi l'image de H par cet automorphisme est encore H(car H est caractéristique dans N(H)) d'où la normalité de H.
  • Tu as parlé de $p$-Sylow dans la deuxième version de ton énoncé. Quelle est la définition d'un $p$-Sylow ?

    AD a été trop bon et a travaillé à partir du véritable énoncé, qu'il a deviné et que tu ne nous as pas donné.
  • En effet Brian , sur ce coup tu as raison.
    Pour la définition de p-Sylow, c'est la suivante :
    Si on se donne un groupe G d'ordre $p^{r}m$ où p,m et n sont des entiers naturels ,p premier, $pgcd(p,m)=1$ , alors un p-sous groupe de Sylow de G est un sous groupe de G d'ordre $p^r$.
    Aurait-tu (vous) quelques idées à me suggérer pour les autres questions ?? s'il-te-plaît.
  • Pour la première inégalité de la 2), il me semble un peu plus simple de dire que $C(x) < G$ sinon... (à toi de compléter). Pour la seconde inégalité, il suffit de revenir aux définitions : un élément de $Z(G)$ est un élément de $G$ qui... il y a donc une relation assez claire avec $C(x)$.
  • Brian je ne vois pas en quoi dire que $C(x)$ est un sous-groupe de $G$ m'aide et donc je ne vois pas comment compléter.
    Je sais néanmoins que la relation entre $C(x)$ et $Z(G)$ est : $Z(G) \subset C(x)$ d'après la définition.
    Et pour la deuxième inégalité, je ne vois pas le lien avec ton indication.
  • $C(x) < G$ signifie que $C(x)$ est un sous-groupe strict de $G$. Cela n'a-t-il pas d'implication sur les ordres de ces groupes ? Connais-tu les notations utilisées dans la question ?
  • L'implication qui se dégage est que l'ordre de $C(x)$ est strictement plus petit que l'ordre de $G$ et donc $C(x)$ est distinct de $G$.
    Mais dans les inégalités à prouver, nous voulons faire des comparaisons d'indices c'est-à-dire le nombre de classes distinctes à gauche ou à droite ; raison pour laquelle je dis que je ne vois pas comment utiliser tes indications.
    Pour les notations : $C(x)$ est le centralisateur de $x$
    Je remarque aussi que $Z(G)$ est l'intersection de tous les centralisateurs des $x$ dans $G$.
  • « $C(x)$ est distinct de $G$ » n'est pas une conclusion dans mon raisonnement, c'est le point de départ (il est assuré par les hypothèses de l'énoncé, à toi de voir pourquoi). C'est de là que je tire $C(x) < G$. As-tu entendu parler du théorème de Lagrange ?

    D'autre part, si $H$ est un sous-groupe de $G$, sais-tu exprimer de manière simple $[G:H]$ ?

    Ta dernière phrase est importante pour la seconde inégalité.
  • Depuis le départ, j'omettais complètement la formule de Lagrange dans mon raisonnement.
    Avec la formule de Lagrange, l'inclusion Z(G)<C(x), et le fait que mon groupe ne soit pas abélien ($Z(G) \neq G$) je prouve mes inégalités.
    Un très grand merci à toi brian pour ta patience avec moi, un autre merci pour le fait que tu m'as rappelé une fois de plus ce que signifie réfléchir sur un problème mathématique. Sans oublier AD, merci encore.
    Derrière cet exercice je n'ai pas que gagné sa résolution, mais toute une leçon sur les sous-groupes caractéristiques et une leçon sur la méthodologie de la réflexion.
  • Bon, bon, bon... ravi d'avoir été utile. Pour la question 1), tu peux lire une preuve qui n'utilise pas les sous-groupes caractéristiques à la fin de cette page (ce qui n'enlève rien à l'élégante preuve d'AD !). Le résultat démontré est un peu plus général que celui de ta question 1).
  • Bonjour brian ! J'ai vu la preuve , merci !!
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