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G/Z(G) isomorphe à Q ?

Bonjour

Soit $G$ un groupe et $Z(G)$ son centre.
Existe-t-il un groupe $G$ tel que $G/Z(G) \cong\mathbb{Q}$ ?
Et si on remplace $\mathbb{Q}$ par $\mathbb{R}$ ?

Merci, Michiel.

Réponses

  • Bonjour $ G/Z(G) \simeq Int(G)$ pourrait t'aider
  • Bonjour,

    Pour la première question, tu peux commencer par te rappeler l'exercice classique qui consiste à montrer que, si un groupe quotienté par son centre est cyclique, alors il est abélien. Le groupe $\mathbb{Q}$ n'est pas très loin d'être cyclique : plus précisément, tous ses sous-groupes de type fini sont cycliques. Tu peux alors essayer d'adapter l'argument.

    Pour la deuxième question, remarque que $\mathbb{R}$ et $\mathbb{R}^n$ sont des groupes abéliens isomorphes (ce qui se voit classiquement en les interprétant comme deux $\mathbb{Q}$-espaces vectoriels de même dimension (infinie)). Donc tu peux remplacer $\mathbb{R}$ par n'importe quel $\mathbb{R}^n$, disons $\mathbb{R}^2$. Je te suggère de jeter un coup d'œil aux groupes de Heisenberg.
  • Je pense que cette question est très difficile.

    La question générale est: quels groupes peuvent, ou pas, apparaître comme $G/Z(G)$?

    Un groupe cyclique: non, sauf {$e$}.

    Si on regarde les 5 groupes d'ordre 8 (par exemple):

    - $\Z/8$ : non, car cyclique
    - $\Z/4\times\Z/2$ : non, pas possible
    - $\Z/2\times\Z/2\times\Z/2$ : c'est possible
    - $\mathcal D_4$ : c'est possible
    - $Q_8$ : pas possible (voir Google)

    Cordialement, Michiel
  • La question très difficile que tu mentionnes, est-ce la question de ton message initial ? Parce que les pistes que j'ai mentionnées ne sont pas idées lancées en l'air, ce sont des indications pour vraiment trouver la solution.

    La question en toute généralité, oui, elle est très difficile. Tu peux jeter un coup d'œil à cette discussion sur mathoverflow : Which groups can occur as the quotient of a group by its centre? On y apprend notamment qu'un tel groupe est dit capable. À partir de ça, tu pourras trouver plein de références sur le sujet.
  • Merci Seirios.

    Apparament le problème a été resolu pour les groupes abeliens finis:

    https://en.wikipedia.org/wiki/Capable_group

    Cordialement, Michiel
  • Bonsoir Michiel
    Pour ce qui concerne les groupes de type fini, je te recommande l'exercice suivant, (tiré de mon livre: Groupes finis et treillis de leurs sous-groupes), qui donne une condition nécessaire pour qu'un groupe soit (isomorphe à) un quotient $G/Z(G)$.
    Si tu le souhaites, je pourrai donner la correction (p 351).
    Alain128336
  • Bonjour Alain,

    Merci! Je te serai reconnaissant si tu peux m'envoyer les corrections.

    En ce qui concerne 3i): est-ce nécessaire que le système générateur soit fini?

    Cordialement, Michiel
  • $\newcommand{\eng}[1]{\langle #1 \rangle}$Bonsoir Michiel
    Soit $G$ un groupe de type fini, soit $(\bar a_i,\ 1\leq i\leq k)$ un système générateur de $G/Z(G)$ et soit $\bar b\in\bigcap_{i=1}^k\eng{\bar a_i}$, on a pour tout $i, \bar b=\bar a_i^{t_i}$, pour des $t_i\in\Z$ convenables.
    Soit $a_i$ et $b$ des antécédents dans $G$ de respectivement $\bar a_i$ et $\bar b$, on a que $G=\eng{a_1,\ldots,a_k,Z(G)}$.
    De $\bar b=\bar a_i^{t_i}$, on tire $b=a_i^{t_i}z_i$, avec $z_i\in Z(G)$. Ainsi, $b$ commute avec tous les $a_i$ et bien sûr avec $Z(G)$, donc $b$ est dans le centre de $G$, donc $\bar b=1$. On obtient donc la condition nécessaire énoncée.
    L'intersection des sous-groupes cycliques engendrés par les éléments d'un système générateur de $G/Z(G)$ est triviale.
    Il semble que la démonstration reste valable si $G$ n'est pas de type fini.

    Si on regarde le groupe des quaternions $\mathbb H_8=\eng{i,j,k\mid i^2=j^2=k^2=ijk=-1}$, $i,j$ et $k$ engendrent $\mathbb H_8$ et $\eng i\cap\eng j\cap\eng k=\{-1,1\}$ non trivial, donc $\mathbb H_8$ ne peut pas être le quotient central d'aucun groupe $G$ de type fini.

    Pareillement $\Z/4\Z\times \Z/2\Z$ est engendré par $(1,0)$ et $(1,1)$, tous deux d'ordre $4$. Or, $\eng{(1,0)}\cap\eng{(1,1)}=\eng{(2,0)}$ non trivial.
    Les seuls groupes d'ordre $8$ pouvant être des quotients centraux sont donc $(\Z/2\Z)^3$ et $\mathcal D_4$, et ils le sont car $\mathcal D_4\simeq\mathcal D_8/\Z(\mathcal D_8)$, et (mais c'est plus difficile à voir, il faut faire les calculs), si $G=C_4^{\,2}\rtimes_rC_2$, où $C_2$ agit par inversion sur $C_4^{\,2}$, alors $G$ admet un centre d'ordre $4$ et un quotient $G/Z(G)\simeq C_2^{\,3}$.
  • Voici le livre dont AD fait référence Alain Debreil groupes finis treillis et leurs sous-groupes

    Je remercie AD qui corrige mes sempiternelles fautes d’orthographes.
  • Merci Alain, très clair comme d'habitude.

    Effectivement, ce n'est pas nécessaire que le système générateur de $G/Z(G) $ soit fini.
    Ainsi on peut aussi prouver que $\mathbb{Q}$ ne peut pas être isomorphe à $G/Z(G)$ pour un groupe $G$ quelconque.

    Soit $n\in\mathbb{N}$. $\mathbb{Q}$ est engendré pas le système générateur infini {$\frac{1}{n}$}.
    L’intersection des sous-groupes $\eng{\frac{1}{n}}$ est, je pense, $\mathbb{Z}$ en tout cas cette intersection n'est pas le groupe trivial. Donc $\mathbb{Q}$ ne peut pas être isomorphe à $G/Z(G)$.

    Par contre, $\mathbb{R}$ peut apparaître comme $G/Z(G)$. C'est un peu plus compliqué : il faut d'abord montrer que $\mathbb{Q}\times\mathbb{Q}$ peut apparaître comme $G/Z(G)$ et ensuite que $\mathbb{R}$ est une somme infinie de $\mathbb{Q}\times \mathbb{Q}$.

    Et si des groupes peuvent apparaître comme $G/Z(G)$, alors aussi les sommes (et produits) - finies ou infinies - de ces groupes.

    Cordialement, Michiel
    PS: Sais-tu pourquoi j'ai des lignes verticales '|' après chaque formule Latex?
  • Bonjour

    > PS: Sais-tu pourquoi j'ai des lignes verticales '|' après chaque formule Latex?

    Bouton de droite - Math Settings - Math Renderer - SVG http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?32,1204455,1209141#msg-1209141

    Cordialement,
    Rescassol
  • Merci Rescassol, c'est reparé.

    Et merci Alain, pour la correction de mes fautes d'orthographe. Dans ton dernier message, presque à la fin, tu écris 'et il le sont'. Est-ce-que ça ne doit pas être: 'et ils le sont' ? (:P)

    Cordialement, Michiel
  • Bonsoir Michiel
    Tu as parfaitement raison !
    Il est en effet plus difficile de voir les fautes lors de la relecture de ses propres messages qu'à la lecture de ceux des autres !
    Merci de me l'avoir signalé, je viens de corriger.
    AD
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