Groupe des isométries et espace tangent

Bonjour
Je m'interroge sur l'énoncé suivant qui me paraît vrai mais je ne trouve pas de trace de cela en ligne.

"Si G est le groupe des isométries d'un espace vectoriel réel de dimension n pour une norme quelconque, l'espace tangent à G en l'identité est bien un espace vectoriel et que sa dimension est "maximale" c'est-à-dire la même que pour le groupe orthogonal (n(n-1)/2) ("maximale" car on sait déjà que G est conjugué à un sous-groupe de celui-ci par un résultat classique), alors la norme considérée est euclidienne."

Je précise que cet énoncé me paraît "intuitif" pour les raisons suivantes.
- En dimension 2, si G est infini alors la norme est euclidienne (on retrouve ce résultat dans les thèmes de géométrie d'Alessandri).
- Ce théorème tombe en défaut en dimension 3 (considérer en dimension 3 une boule unité cylindrique): d'où ma question qui vise à établir une généralisation.
- Les contre-exemples en dimension 3 ou plus font que G ressemble au groupe orthogonal en dimension inférieure : ils sont infinis mais "peu" par rapport au groupe orthogonal de leur dimension.
- La notion de dimension de l'espace tangent me semble bienvenue vu son interprétation en terme "d'épaisseur" de G.

Je précise de plus que je suis en 2nde année de CPGE : mes connaissances en géométrie différentielle et cie sont très limitées, et des réponses se limitant à mon niveau seraient préférables, même si toute aide est la bienvenue.
En espérant que cela intéresse...

Réponses

  • Quitte à conjuguer, on suppose que le groupe est contenu dans $\mathrm{O}_3$. Pour pouvoir parler de dimension, veux-tu bien supposer que le groupe est une sous-variété ? Dans ces conditions, il contient un voisinage de l'identité dans le groupe orthogonal et ce voisinage engendre $\mathrm{SO}_3$ entier.
  • Pourriez-vous préciser la réponse svp ?
    Je ne dispose pas des connaissances permettant de la comprendre sous cette forme : si cela résulte de théorèmes "élémentaires" pouvez-vous les évoquer ?...
    Merci d'avance.
    Et avez-vous par hasard un exemple de groupe des isométries d'une norme mais qui soit suffisamment irrégulier pour ne pas pouvoir parler de dimension comme vous l'indiquez ?
  • En fait non, il n'existe pas de norme pour laquelle le groupe des isométries n'est pas une sous-variété du groupe linéaire (ou du groupe orthogonal). En effet, c'est un sous-groupe fermé et donc c'est un sous-groupe de Lie par le théorème de Cartan. Il doit bien y avoir des arguments plus simples que ce gros théorème mais je ne vois pas.

    La conséquence, c'est qu'un sous-groupe fermé du groupe orthogonal qui est de même dimension que lui contient le groupe spécial orthogonal. Ce n'est pas bien compliqué mais c'est un yoga de topologie générale sur les groupes topologiques qu'on ne voit pas en prépa.
  • Très bien je vais m'y pencher,
    merci beaucoup!
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