AR4: Introduction à la théorie des groupes

Résumé du cours

Chapitre 1:
Intro
Définition: groupe, sous-groupe, morphisme, ordre d'un élément, propriété universelle de $(\mathbb{Z},+)$.

Description des sous-groupes de $\mathbb{Z}$.
Chapitre 2:
Le groupe symétrique: $\mathfrak{S}_n$
Définition, décomposition en produit de cycles à support disjoint, définition de la signature, groupe alterné $\mathfrak{A}_n$.
Chapitre 3:
Relation d'équivalence
Relation d'équivalence, partition, quotient.

Relation d'équivalence associée à un sous-groupe, quotient d'un groupe par un sous-groupe, théorème de Lagrange. Notion de sous-groupe distingué, structure de groupe sur un quotient par un sous-groupe distingué, 1er théorème d'isomorphisme. Classification des groupes monogènes, classification des groupes d'ordre $p$ avec $p$ un nombre premier.

Propriété universelle du quotient, correspondance entre sous-groupes d'un groupe et d'un des ses quotients, quotient de quotient.
Chapitre 4:
Produit direct et semi-direct
Somme direct et produit direct de groupes. Fil rouge: décomposition d'un groupe abélien fini en somme de $p$-groupes.

Définition du produit semi-direct du point de vue interne et externe. Exemple du groupe diédral.
Chapitre 5:
Groupe abélien fini
Notion d'exposant d'un groupe. Démonstration du fait que dans un groupe abélien fini, il existe un élément d'ordre maximal. Corollaire: tout sous-groupe fini d'un corps est cyclique. Démonstration du fait que dans un groupe abélien fini, le groupe engendré par un élément d'ordre maximal admet un complément. Corollaire: la décomposition canonique des groupes abéliens. Etude des groupes cycliques, en particulier de leur groupe d'automorphismes.
Chapitre 6:
Action de groupe
Définition d'une action via une application $G \times X \to X$ ou via un morphisme $G \to \textrm{Bij}(X)$. Exemples fondamentaux. Définition de la notion d'orbite, de fidélité, transitivité, d'action libre. Retour sur les exemples fondamentaux. Formule des classes. Action de $G$ sur $G$ par translation à gauche, par conjugaison.

Applications aux $p$-groupes. Classification des groupes d'ordre $p^2$.
Chapitre 7:
Théorème de Sylow
Définition et présentation des théorèmes de Sylow. Construction d'un $p$-Sylow dans $\textrm{GL}_n(\mathbb{F}_p)$. Etude de l'action $G \curvearrowright G /_H$. Application: "tout sous-groupe d'indice le plus petit diviseur premier de l'ordre de $G$ est distingué". Application: classification des groupes d'ordre $pq$.

Preuve des trois théorèmes de Sylow. Application: classification des groupes d'ordre 30.
Chapitre 8:
Le groupe symétrique $\mathfrak{S}_n$ et le groupe alterné $\mathfrak{A}_n$
L'action de $\mathfrak{S}_n$ sur $\{ 1, ..., n \}$ est $n-$transitive et l'action de $\mathfrak{A}_n$ sur $\{ 1, ..., n \}$ est $(n-2)-$transitive. Description des classes de conjugaison de $\mathfrak{S}_n$.

Définition de la simplicité d'un groupe. Etude rapide de $\mathfrak{A}_n$ dans les cas $n=1,...,4$. Enoncé du théorème $\mathfrak{A}_n$ est simple si $n \geqslant 5$. Etude des classes de conjugaison de $\mathfrak{A}_5$.

Démonstration de la simplicité de $\mathfrak{A}_5$ puis de la simplicité de $\mathfrak{A}_n$. Sous-groupes distingués de $\mathfrak{S}_n$.

Evaluation

Contrôle continu 1: Mercredi 7 novembre.
Contrôle continu 2: Mercredi 28 novembre.
Terminal: Mercredi 19 décembre de 8h à 10h, Bat 02A. Sujet. Correction rapide.

Les DM de l'année

Devoir maison 1: Distribution mercredi 10 octobre; Ramassage vendredi 26 octobre. DM1
Devoir maison 2: Distribution mercredi 14 novembre; Ramassage vendredi 28 novembre. DM2

Les TD

TD 1 TD 2 TD 3 TD 4 TD 5

L'exam de l'année dernière

Exam 2011 L'exam 2011 corrigé

Les Devoirs maison de l'année dernière

DM 1 DM 2 DM 3

Les contrôles continus de l'année dernière

CC 1 CC 2