Satané Rubik

J'appelle "rubik" le groupe du Rubik's-cube
Pour chaque $k$ entier prouver ou réfuter, par exhibition,
(A) Le rubik contient un élément d'ordre $3^k$.
(B) Le rubik contient un sous-groupe de cardinal $3^k$.

Réponses

  • N’est-ce pas plutôt « pour chaque $k$ » ? J’ai trouvé bizarre proposé comme tel, l’énoncé.
  • Merci, Dom.
  • ;-) je t’en prie.
    Je ne sais plus s’il y a un codage officiel.
    H : haut
    G : gauche
    Etc. (peut-être plutôt avec des petites lettres)
  • Dom : Les notations classiques sont plutôt en anglais : F(ront), R(ight), U(p), L(eft), D(own), B(ack) et les rotations opposées sont notées avec un prime.
    Par exemple, l'algorithme R U R' U R U U R' est un 3-cycle des arêtes de la face supérieure.
  • Oui mais comme on est sur un forum où on cause la France correct, on peut utiliser les notations de Deledicq et Touchard (voire celles de Warusfel).
    Un mouvement d’ordre 3 est (DBD-B- )2=[DB]2, il permet d’orienter les coins supérieurs où [DB] est le commutateur DBD-B-.
    Pour un mouvement d’ordre 9, on peut jouer avec des permutations d’arêtes (il n’y a pas assez de coins).
    Algebraic symbols are used when you do not know what you are talking about.
            -- Schnoebelen, Philippe
  • [EDIT : Je n'avais pas vu le message de @nicolas.patrois]
    Les notations de bisam représentent des rotations dans le sens horaire, et, comme il le précise, les rotations anti-horaires sont notées par des $'$. Les mêmes notations notées en miniscule expriment que la tranche centrale tourne également. C'est à dire que $f'$ ("f prime") exprime le fait que les deux premières tranches d'en face tournent vers la gauche, tandis que la tranche arrière ne bouge pas.
    Remarque : Pour les mélanges de compétition, on tient la deuxième face la plus claire (la face verte dans 98% des cubes) en face de soi, la face la plus claire (la face blanche souvent) en haut, ceci implique que(si on considère l'ecrasante majorité des cubes) : la face jaune est en bas, la face rouge à droite, la face bleue derrière, et la face orange à gauche.
    Il existe également des rotations de tranche centrale :
    $M \longrightarrow$ une baisse de la tranche du milieu par rapport à la droite et à la gauche : dans un mélange officiel, cela équivaudrait à remonter la tranche du milieu de la face verte (en laissant "intactes" les autres faces) vers la face blanche. Il existe donc : $M''$.
    $E \longrightarrow $ une rotation vers la gauche de la tranche du milieu par rapport à "en haut" et "en bas". On se retrouverait donc avec, sur la face en face de soi, la tranche du haut verte, celle du milieu rouge, et celle d'en bas verte. Il existe $E' $.
    $S \longrightarrow$ une rotation vers la droite de la tranche du milieu de la face d'en haut, on trouverait donc sur la face de deavnt trois tranches vertes, sur la face de droite, près de nous, une tranche de couleur rouge, "tout au fond" une tranche de couleur rouge également, et "au milieu" une tranche de couleur blanche. Il existe $S' $.
    Également, mais c'est plus compliqué à expliquer : $\exists m ; m' ; e ; e' ; s ; s'$
    Pour les trois dernières rotations ainsi que les rotations du cube, je conseille ce lien (mais la face jaune est en haut, ce qui n'est pas très officiel...) : https://www.francocube.com/notation
    C'est un excellent site d'ailleurs, à quelques légers défauts près.
  • Bonsoir,
    Soit $G$ le "groupe du cube",$\quad \Z_3:=(\Z/3\Z,+),\qquad \text{CA:=cube-arête},\qquad \text{CS:= cube-sommet}.$

    $\bullet \:\:G$ admet un élément d'ordre $9$
    En effet, il existe un élément $a$ de $G$ qui opère un $9$-cycle (qui est une permutation paire) sur les $\text{CA}$, en laissant fixes les $\text{CS}$.
    Alors $a^9$ préserve la position et l'orientation de tous les $\text{CS}$ et laisse fixes tous les $\text{CA}$ en modifiant éventuellement l'orientation de certains d'entre eux, de sorte que $a^2$ est d'ordre $9.$

    $\bullet \ \forall k>2, \ G$ n'admet pas d'élément d'ordre $3^k.$

    $\bullet \ \forall k \in [\![1; 14]\!], \ G$ admet un sous-groupe d'ordre $3^k$.
    C'est une conséquence des théorèmes de Sylow et du fait que $\#G = \dfrac {8! \times 12!}2 \times 2^{11} \times 3^7.$
    Précisons la structure d'un $3 - \text{sous-groupe de Sylow } \: H$ de $\: G :$
    $H$ possède un sous-groupe normal $K\simeq(\Z_3)^7$ tel que $H/K \simeq \left (( \Z_3 \wr\Z_3) \times (\Z_3)^3\right ) :\qquad\boxed{ H\simeq \left(\Z_3\right)^7 \rtimes \left(\left( \Z_3 \wr \Z_3 \right) \times (\Z_3)^3 \right) \
    .}$
    $ \Z_3 \wr \Z_3$ est isomorphe à chacun des $3 - \text{sous-groupes de Sylow de}\:\mathfrak S_9, \:$ et sa loi de groupe est ainsi définie: $\quad \Z_3 \wr \Z_3= \left((\Z_3)^4, \star \right): \qquad $
    $(x_0,x_1,x_2, u) \star (y_0,y_1, y_2, v) =(x_0+y_{0-u}\:,\:x_1+y_{1-u},\:x_2+y_{2-u} \:, \: u+v), \quad$ les sommes dans les indices étant prises $\mod 3.$
  • Magnifique !
    Pourrait-on avoir un aperçu d'un élément d'ordre 9 ?
  • Bonjour,

    Il existe un exercice "bien connu" n'utilisant que des connaissances de collège, mais difficile même pour un TS, pour ne pas dire plus:
    Soient $x=12^6, y=6^8, z=2^{11}\times 3^7$. Vérifier que $x^x\times y^y=z^z$.
    Ma question est:
    Est ce que le fait qu'on retrouve ce $2^{11}\times 3^7$ dans $\#G$ est une coïncidence ?

    Cordialement,

    Rescassol
  • sage: G = CubeGroup()
    sage: G.random_element()
    (1,22,30,46,33,19,32,35,16,24,14,3,25,48,9,41,43,40,27,8,38)(2,10,7,37,20,39,36,5,21)(4,18,12,13,47,29,26,28,34)(6,17,11)(15,42,31)(23,45,44)
    sage: o = 1
    sage: while o%9!=0:
    ....:     g = G.random_element()
    ....:     o = g.order()
    ....:     
    sage: g
    (1,38,14,43,3,9,48,46,24,33,35,32,40,30,27)(2,5,29,23,12)(6,22,25,11,16,8,17,41,19)(7,21,44,39,31)(15,47,45,18,28)(26,36,42,37,34)
    sage: o
    45
    sage: (g^5).order()
    9
    sage: g^5
    (1,9,35)(3,33,27)(6,8,22,17,25,41,11,19,16)(14,46,40)(24,30,43)(32,38,48)
    sage: G.display2d("")
                 +--------------+
                 |  1    2    3 |
                 |  4   top   5 |
                 |  6    7    8 |
    +------------+--------------+-------------+------------+
    |  9  10  11 | 17   18   19 | 25   26  27 | 33  34  35 |
    | 12 left 13 | 20  front 21 | 28 right 29 | 36 rear 37 |
    | 14  15  16 | 22   23   24 | 30   31  32 | 38  39  40 |
    +------------+--------------+-------------+------------+
                 | 41   42   43 |
                 | 44 bottom 45 |
                 | 46   47   48 |
                 +--------------+
    sage: G.display2d(g^5)
                 +--------------+
                 |  9    2   33 |
                 |  4   top   5 |
                 |  8    7   22 |
    +------------+--------------+-------------+------------+
    | 35  10  19 | 25   18   16 | 41   26   3 | 27  34   1 |
    | 12 left 13 | 20  front 21 | 28 right 29 | 36 rear 37 |
    | 46  15   6 | 17   23   30 | 43   31  38 | 48  39  14 |
    +------------+--------------+-------------+------------+
                 | 11   42   24 |
                 | 44 bottom 45 |
                 | 40   47   32 |
                 +--------------+
    sage: G.solve(g^5)
    "F' L2 R2 B F R2 F D R2 D F2 L2 D2 B' L2 B' D R2 D"
    
  • Math Coss : Joli ! Peut-on avoir une décomposition de $g^5$ comme quarts de tours des faces ?
  • Tu voulais dire : « Sage : Joli ! » En effet.

    La dernière ligne est une formule pour écrire $g^5$ avec une convention plus ou moins standard : B pour "back", D pour "down", F pour "front", L pour "left", R pour "right", U pour "up", chacun de ces générateurs étant un quart de tour dans le sens des aiguilles d'une montre pour l'orientation donnée par la normale extérieure.
  • Bonjour Soland,

    Je ne suis pas un spécialiste du "Cube hongrois", et la manœuvre $\mathcal A^2 $ décrite ci-dessous que j'ai entrevue avec un crayon,(je n'ai pas de Rubik's à ma disposition) n'est peut-être pas $\text{l'élément d'ordre}\:9$ de $G$ le plus économique.

    J'utilise les notations "anglo-saxonnes" $F,B,D,U,R,L$ qui correspondent aux quarts de tours dans le sens horaire des faces vues de l'extérieur du cube.
    $$\mathcal A :=\left(FRF^{-1}R^{-1}\right)^2 \left(D^{-1}F^{-1}DF\right)^2\left(B^{-1}R^{-1}BR\right)^2\left(DBD^{-1}B^{-1}\right)^2.$$
    La procédure $\mathcal A$, qui est la composée de quatre $3-\text{cycles}$ successifs sur les $\text{CA}$, opère sur ceux-ci le $9-\text{cycle}$ suivant
    $$ RD\to RF \to UF\to FL \to FD\to RB \to UB \to BL\to BD \to RD,$$
    en laissant fixes tous les $\text {CS}$ qui, éventuellement, voient leur orientation modifiée. (l'orientation des trois $ \:\text{CA} $ immobiles n'a pas été altérée.)
    Ainsi $\mathcal A^9$ fixe la position des $\text{CA et CS}$ en conservant l'orientation des $\text{CS},$ et modifie éventuellement l'orientation des neuf$\:\:\text{CA}$ impliqués dans le $9-\text{cycle},$ de sorte que $\mathcal A^{18} =\mathbf 1_G$
    $$\mathcal A^2\:\:\text{est d'ordre}\:9.$$

    @Rescassol
    Est ce que le fait qu'on retrouve ce 211×37 dans #G est une coïncidence ?
    Pour ma part, je n' y vois vraiment pas autre chose qu'une coïncidence.
  • Merci de tout cœur, LOU16.
    Un produit de commutateurs, comme si souvent.
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