$$\newcommand{\mtn}{\mathbb{N}}\newcommand{\mtns}{\mathbb{N}^*}\newcommand{\mtz}{\mathbb{Z}}\newcommand{\mtr}{\mathbb{R}}\newcommand{\mtk}{\mathbb{K}}\newcommand{\mtq}{\mathbb{Q}}\newcommand{\mtc}{\mathbb{C}}\newcommand{\mch}{\mathcal{H}}\newcommand{\mcp}{\mathcal{P}}\newcommand{\mcb}{\mathcal{B}}\newcommand{\mcl}{\mathcal{L}} \newcommand{\mcm}{\mathcal{M}}\newcommand{\mcc}{\mathcal{C}} \newcommand{\mcmn}{\mathcal{M}}\newcommand{\mcmnr}{\mathcal{M}_n(\mtr)} \newcommand{\mcmnk}{\mathcal{M}_n(\mtk)}\newcommand{\mcsn}{\mathcal{S}_n} \newcommand{\mcs}{\mathcal{S}}\newcommand{\mcd}{\mathcal{D}} \newcommand{\mcsns}{\mathcal{S}_n^{++}}\newcommand{\glnk}{GL_n(\mtk)} \newcommand{\mnr}{\mathcal{M}_n(\mtr)}\DeclareMathOperator{\ch}{ch} \DeclareMathOperator{\sh}{sh}\DeclareMathOperator{\th}{th} \DeclareMathOperator{\vect}{vect}\DeclareMathOperator{\card}{card} \DeclareMathOperator{\comat}{comat}\DeclareMathOperator{\imv}{Im} \DeclareMathOperator{\rang}{rg}\DeclareMathOperator{\Fr}{Fr} \DeclareMathOperator{\diam}{diam}\DeclareMathOperator{\supp}{supp} \newcommand{\veps}{\varepsilon}\newcommand{\mcu}{\mathcal{U}} \newcommand{\mcun}{\mcu_n}\newcommand{\dis}{\displaystyle} \newcommand{\croouv}{[\![}\newcommand{\crofer}{]\!]} \newcommand{\rab}{\mathcal{R}(a,b)}\newcommand{\pss}[2]{\langle #1,#2\rangle} $$
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Méthodes : groupes

Démontrer que $(G,\star)$ est un groupe

Pour démontrer qu'un ensemble $(G,\star)$ est un groupe, on peut

Démontrer que $H$ est un sous-groupe de $G$

Pour démontrer que $H$ est un sous-groupe de $G$, on peut :

  • utiliser le théorème de caractérisation des sous-groupes, c'est-à-dire que l'on prouve que
    • $e\in H$.
    • Si $x,y\in H$, alors $xy\in H$.
    • Si $x\in H$, alors $x^{-1}\in H$.
    (voir cet exercice).
  • démontrer que $H$ est l'image directe ou l'image réciproque d'un sous-groupe par un morphisme de groupes; en particulier, ceci s'applique si $H$ est le noyau d'un morphisme de groupes;
  • démontrer que $H$ est le sous-groupe engendré par une partie de $G$.
Calculer l'ordre d'un élément dans un groupe

Pour calculer l'ordre d'un élément $x$ dans un groupe, on peut

  • calculer les puissances successives $x^2,$ $x^3,$ etc... jusqu'à trouver l'élément neutre (voir cet exercice);
  • déterminer $n\geq 1$ tel que $x^n=e,$ puis chercher parmi les diviseurs $d$ de $n$ le plus petit vérifiant $x^d=e$ (voir cet exercice);
  • trouver $d$ tel que $x^d=e$ puis prouver que si $x^r=e$, alors $d|r$ (voir cet exercice).
Démontrer que deux groupes ne sont pas isomorphes

Pour démontrer que deux groupes $G$ et $G'$ ne sont pas isomorphes, on procède souvent par l'absurde en supposant l'existence d'un isomorphisme de $G$ sur $G',$ et en trouvant une propriété conservée par isomorphisme (ordre d'un élément, existence d'une solution à une équation, etc...) qui est vérifiée par un des deux groupes et par par l'autre (voir cet exercice).

Déterminer tous les morphismes

Pour déterminer tous les morphismes d'un groupe $G$ dans un groupe $G',$ on peut :

  • utiliser une partie génératrice de $G$ : il suffit de connaitre l'image de chaque élément de cette partie génératrice pour connaitre entièrement le morphisme de groupe. En particulier, si $f:G\to H$ et si $G$ est un groupe monogène engendré par $a$, alors $f$ est entièrement déterminé par $f(a)$ (voir cet exercice).
  • utiliser des propriétés sur $G$ et $G'$ qui vont que le seul morphisme existant est le morphisme trivial (qui envoie tout élément de $G$ sur l'élément neutre de $G'$ - voir cet exercice).
Travailler dans les groupes finis
  • Dans les groupes finis, on pourra souvent utiliser que si $x$ est un élément du groupe, $\{x^n;\ n\in\mathbb N\}$ est fini.
  • Dans un groupe fini $G$, on réalise parfois une partition de $G$ en ensembles disjoints ayant certaines propriétés, et on réalise un dénombrement (voir cet exercice ou cet exercice).