Isomorphisme de $\frak S_3$ dans $D_3$

Bonjour

J'essaye de démontrer que le groupe symétrique $\mathfrak{S}_3$ est isomorphe au groupe diédral $D_3$, mais j'ai quelques difficultés. J'ai essayer de considérer l'action par conjugaison de $D_3$ sur son sous-groupe $< r > $ engendré par les rotations. Cette action me livre bien un morphisme de $\mathfrak{S}_3$ dans $D_3$ mais sauf erreur de ma part, ce morphisme n'est pas bijectif. Il me faudrait peut-être choisir une autre action mais dans l'immédiat je ne vois pas laquelle.

J'ai pensé également à utiliser la propriété universelle du quotient mais là non plus, je ne vois pas quel morphisme utiliser.
Merci par avance.
Cordialement.
Pigeon

Réponses

  • Bonjour Pigeon

    Et si tu considérais l'action de D3 sur un triangle équilatéral, en notant 1, 2, 3 les sommets ?

    Alain
  • Sauf erreur, ca te donne plutot un morphisme de $D_3$ dans $S_3$. C'est peut etre plus visuel (meme si ca doit revenir au meme) de regarder le morphisme injectif de $D_3$ dans $S_3$ qui vient de l'action de $D_3$ sur l'ensemble des sommets d'un triangle.
  • Je vais essayer de faire ça.

    Merci à tout les deux.
  • Décidément, je porte bien mon nom :D. En effet, l'action livre un morphisme de $D_3$ dans $\mathfrak{S}_3$. J'ai pas fait attention en écrivant ma question.
  • Comme vous me l'avez conseillé, j'ai regardé l'action par translation à gauche de $D_3$ sur l'ensemble des sommets d'un triangle équilatéral en notant 1,2 et 3 ses sommets.

    Cette action me livre le morphisme $\varphi$ de $D_3$ dans $\mathfrak{S_3}$ qui à tout élément $g$ de $D_3$ associe l'application $\varphi_g$ : $\{1,2,3 \}$ $\rightarrow$ ${1,2,3}$. $\varphi_g$ est définie par :

    $\forall x \in \{1,2,3 \}, \varphi_g(x)=gx$.

    En considérant le fait que le noyau de $\varphi_g$ est l'intersection des stabilisateurs pour l'action considéré, on en déduit comme le disait jobhertz que le morphisme est injectif.

    Je voudrais maintenant montrer que ce morphisme est surjectif (c'est à cet endroit que j'ai plus de mal). Il me faut donc montrer que l'image de $\varphi$ est $\mathfrak{S_3}$. Je vois bien que cela va fonctionner puisque si je prends par exemple la rotation $r$, j'obtiendrai : $\varphi(r)=(1,2,3)$. Je pourrais continuer ainsi et voir que qu'à la fin j'obtiens bien la surjectivité. Mais cette démarche est très naïve et je me doute bien qu'il y a un moyen de faire ça proprement sans pour autant regarder l'image de chaque élément de $D_3$ (c'est toutefois faisable parce qu'il n'y a pas beaucoup d'éléments mais si je devais faire ça avec un groupe d'ordre 200, ça pourrait être ennuyeux :D).

    Pouvez me donner quelques conseils pour régler ce problème (et désolé si ma question est naïve).

    Merci par avance.

    Pigeon
  • Salut,

    Il suffit de trouver un antécédent à toute transposition de $S_3$ (et plus généralement pour un groupe quelconque, montrer que l'image du morphisme contient un système générateur).
  • Même pas besoin! Pigeon, je suppose que tu connais le nombre d'éléments de $D_3$ et aussi le nombre d'éléments de $\mathfrak{S}_3$.
    Et maintenant, à ton avis, que peut-on dire d'une application injective d'un ensemble à six éléments dans un ensemble à six éléments?
  • Comme le dit Egoroff, il suffit de vérifier par exemple que les transpositions (1,2) et (2,3) sont bien dans l'image du morphisme.

    Une autre maniere de faire est de verifier que toute permutation des sommets laisse bien le triangle stable.
  • Bonjour,

    Je vous remercie pour vos réponses.

    Cordialement.

    Pigeon.
  • bonsoir, amicalement

    Il est à noter que D_n s'injecte toujours dans S_n
    cela donne les 2-Sylow de S_4

    Question : est-ce que tous les D_n de S_n sont conjugués ?
    Si le surveillant apparatchik vous écrit, dites lui bonjour de ma part !
    Pigeon voyageur





    "Et que, lorsqu'on s'aime, chacun
    Perdant sa valeur numérique,
    Un plus un ne font jamais qu'un,
    En dépit de l'arithmétik "
  • Bonsoir, amicalement

    Je rappelle la question :
    Est-ce que tous les $D_n$ de $S_n$ sont conjugués ?


    J'ajoute une deuxième question à la précédente, qui est restée sans réponse :
    Quel est le plus grand $D_m$ contenu dans $S_n$ ?

    [La case LaTeX. AD]
  • il y a des $D_6$ dans $S_5$
    Et c'est facile facile à voir, et de plus un tel $D_6$ c'est le plus grand $D_k$ possible de $S_5$
    et leur nombre est 10 et ils sont conjugués

    Sont-ils maximaux dans $S_5$ ?

    D'où la question : est ce que les plus grands $D_m$ de $S_n$ sont-ils conjugués dans $S_n$ ? et sont-ils maximaux dans $S_n$ ?

    bonsoir, amicalement
  • Des questions intéressantes ici-même vous ont échappé ! Même AD n'y a pas prêté attention, lui qui aime tant la théorie des groupes.


    bonjour, amicalement

    (Je vais être loin de mon poste en ce dimanche, @+.)
  • Bonjour HumourNoir

    Si j'ai vu ta question, mais quand je ne sais pas répondre, je me tais. :-(

    Alain
  • Est-ce que tous les $ D_n$ de $ S_n$ sont conjugués ?
    Non. Pas pour $n=6$, par exemple.
    Quel est le plus grand $ D_m$ contenu dans $ S_n$ ?
    $m$ = le maximum des ordres des éléments de $S_n$.
    est ce que les plus grands $ D_m$ de $ S_n$ sont-ils conjugués dans $ S_n$ ? et sont-ils maximaux dans $ S_n$ ?
    Faute de français. Non. Non (toujours $n=6$).
  • Ah, j'oubliais :
    il y a des $ D_6$ dans $ S_5$... Sont-ils maximaux dans $ S_5$ ?
    Oui.
  • Et tant que j'y suis, une petite question pour MachinNoir : est-ce que les $D_{1260}$ dans $S_{25}$ sont maximaux? Question intéressante, n'est-ce pas?
  • BoudinNoir bouderait-il? Il s'agace qu'on ne réponde pas à ses questions et, quand on y répond, pfuit, plus personne! Quant à la petite question que j'ai posée, elle n'est vraiment pas méchante; la réponse est évidemment non.
  • Meu bonsoir amicalement,
    je suis rentré dimanche à 3h30 du matin, après avoir conduit 600km. Lundi j'ai travaillé toute la journée et me suis couché tôt, malgré les réprimandes des enfants, qui eux ne se couchent jamais. Ma fille est d'ailleurs encore réveillée: paraît-il demain il n'y a pas école !
    Je ne m'agace jamais, ne boude jamais, ne me plains jamais.
    J'ai parfois quelques regrets, mé meu parfois : c'est tout.


    Allons, regardons de près.
    Un $D_6$ dans $S_5$ s'obtient comme un produit direct d'un $S_3$ avec un $Z/2$ à côté.

    Pour voir que les $D_6$ de $S_6$ ne sont pas conjugués, il suffit de regarder leurs $Z/6$ . Or les $Z/6$ de $S_6$ se répartissent en deux classes de conjugaison. Donc Meu tu as bien vu : bravo !

    Le plus grand $S_k$ de $S_n$ est bien d'ordre $m$, le maximum des ordres des éléments de $S_n$. Voyons $S_{25}$ : la "plus grande" décomposition de 25 est je veux bien le croire 4+5+7+9 ce qui donne un ppcm =1630, bravo à nouveau. Il s'agit alors de trouver un élément d 'ordre deux qui conjugue (1234)(56789)(ABEFGHI)(JKLMNOPQR) et son inverse. Et l'on est ramené à montrer que il y a un tel élément pour un n-cycle dans $S_n$, et là c'est OK puisque $D_n$ se plonge dans $S_n$. Bien vu à nouveau Meu.
    Est-ce que tu as trouvé cela tout seul ? Ou bien, as-tu trouvé cela tout seul ? Cela pour l'exercice de français.


    Voyons pourquoi $D_6$ est maximal dans $S_5$. Un sous groupe intermédiaire hostile serait d'ordre 24 ou 60. Le seul sous-groupe d'ordre 60 est le groupe alterné qui ne peut contenir aucun $D_6$, car les éléments d'ordre $6$ sont tous conjugués et de signature -1. Quant aux sous-groupes d'ordre 24, ce sont les cinq $S_4$ et ceux-là ne contiennenet aucun dérangement, comme le sont les éléments d'ordre six. Tu as sans doute, cher Meu, un argument plus efficace ?


    Voyons enfin pourquoi $D_{1260}$ n'est pas maximal dans $S_{25}$. C'es très improbable vu la taille de 25!
    D'abord, un moment de réflexion et l'on voit que ces sous-groupes sont tous conjugués (on en déduit qu'aucun n'est dans le groupe alterné $A_{25}$ et on pourrait se poser alors la question de savoir la taille des diédraux maximaux de ce groupe alterné et leurs classes de conjugaison...)
    je répondrai à cette question dans un fil suivant pour ne pas allonger celui-ci, qui l'est déjà trop.
  • bonsoir amicalement Meu
    KetchupNoir : personne ne l'aurait trouvé celle-là !

    Le groupe didéral $D_{1260}$ apparu plus haut est dans $S_4\times S_5\times S_7\times S_9$. Ce dernier groupe est clairement et strictement dans $S_{4}\times S_{21}$. C'était facile effectivement.
  • encore une faute de Francis, Meu.
  • Content de te savoir revenu sain et sauf, IdéesNoires.
    Est-ce que tu as trouvé cela tout seul ? Ou bien, as-tu trouvé cela tout seul ?

    Non, j'avoue que je me suis fait aider par mon petit-fils.
  • http://3.bp.blogspot.com/_ljjVyB3BXZw/SrlFZe7qSEI/AAAAAAAAAsc/-JEPRmUgAuI/S240/Yuna.jpg

    Je ne sais pas si l'on peut aller plus loin de façon élémentaire avec ces considérations sur les sous-groupes diédraux dans $S_n$

    mais on peut se demander s'il y a des $D_n\times D_n$ dans $S_n$ ? et à partir de quels $n$ ?


    On peut aussi se demander quel est le premier $S_n$ dans lequel on peut plonger le groupe quaterionique $Q_8$ à 8 éléments ($n\leq 8$), et le premier $S_n$ dans lequel on peut plonger $Q_8\times Q_8$.

    Des questions en apparence élémentaire sur les groupes $S_n$ sont parfois assez difficiles.

    Bonsoir amicalement
  • J'ai trouvé un $D_{21}\times D_{21}$ dans $S_{21}$. Peut-on faire mieux ?

    Question subsidiaire : est-ce que la série $\sum 1/n$ pour n tel que $S_n$ contienne une copie de $D_n\times D_n$ est-elle divergente ?

    amicalement noir, bonsoir
  • J'ai trouvé un $ D_{21}\times D_{21}$ dans $ S_{21}$. Peut-on faire mieux ?

    Mon petit-fils me signale qu'il y a des $ D_{20}\times D_{20}$ dans $ S_{20}$. Il me dit aussi que ça commence à bien faire et que j'arrête de l'em... avec ces questions. Ah, ces jeunes! Tant pis, je vais devoir cesser d'apporter ses réponses pour faire l'intéressant (d'ailleurs, il semble que ça n'intéresse pas grand monde).

    Amicalement,
  • Bonsoir Meu amicalement,

    Si mon petit fils me parle sur ce ton je tire l'oreille à son père ou sa mère ! Admettons que ce soit le père.

    Cela dit $D_{20}$ marche bien effectivement

    On prend la permutation d'ordre 20 donnée par (1234)(56789) et on lui colle un élément d'ordre 2 qui va avec soit $(13)$ et $(69)(78)$ et l'on fait de même avec
    $(0ABC)(EFGHI)$. Et
    on a ainsi exhibé un $D_{20}\times D_{20}$ dans $D_{18}$ et donc dans $D_{20}$.

    Il n'est pas bête le fiston du fiston. Il tient cela sans doute de sa maman !
  • on a ainsi exhibé un $D_{20}\times D_{20}$ dans $S_{18}$ et donc dans $S_{20}$, évidemment.
  • Si mon petit fils me parle sur ce ton je tire l'oreille à son père ou sa mère !

    J'ai un peu forcé le trait. En fait, il m'a dit : "Ecoute papi, tu m'embêtes avec tes questions. Si on faisait plutôt une partie NainNoir?"
  • Bonjour

    Je cherche aussi à montrer que $\mathfrak S_{3}$ est isomorphe à $D_{3}$. Je souhaiterais éviter les considérations géométriques pour écrire la preuve. Je sais que $D_{3} = Z_{3} \rtimes \{-1,1\}$.
    Je sais aussi qu'il est engendré par $r :=(1,1)$ et $s :=(0,-1)$. Ainsi on peut décrire $D_{3} = \{1,r,r^{2},s,sr,sr^{2} \}$

    Mais pour conclure, c'est un peu laborieux.
  • Trouve alors des permutations $\sigma$ et $\tau$ qui te donnent la même table
    Algebraic symbols are used when you do not know what you are talking about.
            -- Schnoebelen, Philippe
  • Un table de 36 cases ?
  • Non, juste deux permutations $\sigma$ et $\rho$ qui font de l'application $D_3\to\mathfrak{S}_3$, $s\mapsto\sigma$, $r\mapsto\rho$ un isomorphisme.

    Pour tester que c'est un morphisme, tu pourrais calculer une fois pour toutes le produit de deux éléments écrits sous la forme $s^kr^l$ avec $k\in\{0,1\}$ et $l\in\{0,1,2\}$.

    Cela dit, je trouve aussi curieux que dommage de vouloir éviter « les considérations géométriques ». Par exemple, on peut caractériser $D_3$ comme le groupe engendré par une réflexion et une rotation d'angle $2\pi/3$, l'identifier aux isométries qui préservent un triangle équilatéral, constater que la restriction d'une telle isométrie aux sommets du triangle est une injection dans le groupe des permutation des trois sommets – et voilà : aucun calcul à faire !
  • Super merci beaucoup !

    Je les évite car je n'ai pas encore bien travaillé les isométries affines, donc j'évite de tendre le baton pour me faire battre.
  • Sauf que les isométries affines, c’est sous-jacent dans une grande partie de la géométrie du secondaire.
    Si tu n’en parles pas, ne t’en fais pas, le jury va t’en parler. :-D
    Algebraic symbols are used when you do not know what you are talking about.
            -- Schnoebelen, Philippe
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