« Théorie des groupes/Exercices/Théorèmes de Sylow » : différence entre les versions

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→‎Problème 10 (p-sous-groupes normaux) : Supprimé double emploi avec le chapitre théorique.
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Puisque, par hypothèse, un des deux sous-groupes P et Q normalise l'autre, le sous-groupe <math>\langle P, Q \rangle</math> de G est égal à PQ. Par exemple d'après la formule du produit, il en résulte que l'ordre de <math>\langle P, Q \rangle</math> est une puissance de <math>p</math>, autrement dit <math>\langle P, Q \rangle</math> est un <math>p</math>-sous-groupe de G. Puisque ce sous-groupe contient P, il résulte de la maximalité des <math>p</math>-sous-groupes de Sylow dans l'ensemble des <math>p</math>-sous-groupes que <math>\langle P, Q \rangle = P</math>, donc P contient Q.
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b) Soit R un <math>p</math>-sous-groupe '''normal''' de G. ProuverOn a vu dans le chapitre théorique que R est contenu dans chaque <math>p</math>-sous-groupe de Sylow de G. Prouver ce fait à l'aide du point a).
{{Solution
| contenu =
Soit P un <math>p</math>-sous-groupe de Sylow de G. Puisque, par hypothèse, R est normal dans G, P normalise R, donc, d'après le point a), P contient R, ce qui démontre l'énoncé.<br />
Voici une autre démonstration. D'après les théorèmes de Sylow, nous pouvons choisir un <math>p</math>-sous-groupe de Sylow <math>P_{0}</math> de G contenant R. Soit maintenant P un <math>p</math>-sous-groupe de Sylow quelconque de G. D'après les théorèmes de Sylow, <math>P_{0}</math> et <math>P</math> sont conjugués dans G, donc il existe un élément <math>g</math> de G tel que <math>P = gP_{0}g^{-1}.</math> De <math>R \subset P_{0}</math> résulte <math>gR g^{-1} \subset g P_{0}g^{-1} .</math> Dans cette dernière relation, le membre gauche est égal à R (puisque, par hypothèse, R est normal dans G) et le membre droit est égal à P (par choix de <math>g</math>), donc R est contenu dans P, ce qui démontre l'énoncé.
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