Exercice sur les groupes dans le Jacobson

Bonjour,
je viens de tomber sur un exercice du livre de Jacobson Basic algebra, j'ai un doute sur l'énoncé, je n'arrive pas du tout à résoudre cet exercice.
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Soit un ensemble $G$ muni d'une loi de composition associative.
On suppose que $\forall a,b \in G$, les équations $ax=b$ et $ya=b$ ont chacune au moins une solution.
Montrer que $G$ possède un élément unité et qu'en fait $G$ est un groupe.
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Là, je sèche totalement, et comme les exercices à ce stade ne sont pas difficiles, je me demande si il ne manque pas une hypothèse (par exemple l'unicité de la solution pour chaque équation).

Réponses

  • Je n'ai pas de réponse pour le moment, j'y ai réfléchi un peu et mes quantificateurs sont toujours dans le sens qui ne me sert pas. Je suis intéressé par le fil quand même.
  • Je propose un début mais le reste ne devrait pas poser de problèmes :

    Soit $a,b\in G$ et notons $e_a$ et $e_b$ les éléments de $G$ vérifiant $ae_a=a$ et $be_b=b$.

    Il existe $b'$ tel que $b'b=e_a$ et donc $b'be_b=e_a$ donc $e_ae_b=e_a$. Pour la même raison, $e_be_a=e_b$.

    À partir de là on montre que $e_a$ est un neutre à droite : en effet $be_a=be_be_a=be_b=b$.

    Etc.
  • Effectivement, une fois le neutre acquis à droite, idem à gauche, d'où le neutre. Le reste suit sans problème.
    Merci @Raoul !
  • Il faudrait supposer G non vide dans l'énoncé.
  • Soit $(G,\cdot)$ associatif non vide et tel que $x\mapsto xa$ et $x \mapsto ax$ sont surjectives pour tout $a\in G$.
    Soit $u\in G$. Il existe $g\in G$ tel que $gu=u$. Donc pour tout $x\in G$, $gux=ux$ (par associativité de $\cdot$). Donc $gy=y$ pour tout $y\in G$ car $x\mapsto ux$ est surjective.
    De même soit $d\in G$ tel que $ud=u$. Alors $xud=xu$ et donc $zg=z$ pour tout $z\in G$ par surjectivité de $z\mapsto zu$.
    Autrement dit $G$ possède un neutre à gauche $g$ et un neutre à droite $d$ qui sont les mêmes car $g=gd=d$, autrement dit un neutre pour $\cdot$.

    Le fait que tout élément est inversible provient alors immédiatement de la surjectivité des multiplications à gauche et à droite (l'argument est classique, redonnons-le quand même: soit $e$ le neutre du groupe et $x\in G$; il existe $y$ et $z$ tels que $yx=xz=e$. Alors $y =ye = yxz = ez = z$ qui est alors un inverse pour $x$).
    Une fonction est un ensemble $f$ de couples tel que pour tous $x,y,z$, si $(x,y)\in f$ et $(x,z)\in f$ alors $y = z$.
  • Très clair merci Foys
    Effectivement JLapin il faut préciser que l ensemble est non vide.
    Je continue le Jacobson en faisant tous les exercices, j'aime beaucoup ce livre .
  • Dans le même ordre d'idées, j'avais vu une fois :
    Un demi-groupe (magma associatif) non vide est un groupe ssi l'équation $axb = c$ possède (au moins) une solution :

    Soit $a$ un élément et $f$ tel que $afa = a$.
    Alors $e = af$ est le neutre :
    Soit $x$ un élément quelconque et $u$ tel que $eue = x$.
    On a $xe = euee = eue = x$
    et $ex = eeue = eue = x$.

    Les équations $ex'x = e$ et $xx''e = e$ fournissent un symétrique à gauche et un à droite de $x$, donc le symétrique de $x$.
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