Définition du groupe des quaternions

topopot
Modifié (November 2021) dans Algèbre
Bonjour,

Wikipédia donne la définition suivante du groupe des quaternions. J'ai l'impression qu'il y a une erreur et qu'il faut rajouter que la loi est associative, cette propriété ne se déduisant pas des axiomes donnés. Êtes-vous d'accord ?

Réponses

  • MrJ
    MrJ
    Modifié (November 2021)
    J’imagine que l’associativité est sous-entendue. De tout manière, il s’agit d’une définition heuristique.
  • topopot
    Modifié (November 2021)
    On considère le sous-groupe de $\mathrm{GL}_2(\C)$ défini par $H:=\{\pm I_2,\pm A,\pm B,\pm C\}$.

    Avec $A=\begin{pmatrix} 0 & -1 \\
    1 & 0
    \end{pmatrix}$, $B=\begin{pmatrix} 0 & i \\
    i & 0
    \end{pmatrix}$, $C=\begin{pmatrix} -i & 0 \\
    0 & i
    \end{pmatrix}$.

    J'arrive à déterminer les sous-groupes suivants de $H$ : 
    • $\langle I_2\rangle$ d'ordre $1$ ;
    • $\langle -I_2\rangle$ d'ordre $2$ ;
    • $\langle A\rangle, \langle B\rangle$ et $\langle C\rangle$ d'ordres $4$ ;
    • $\langle A,B\rangle=\langle A,C\rangle=\langle B,C\rangle=H$ d'ordre $8$.
    Je sais que d'après le théorème de Lagrange, les sous-groupes de $H$ ne peuvent être que d'ordre $1, 2$ ou $4$. Mais je ne vois pas trop comment justifier qu'il n'y a pas d'autres sous-groupes même si j'ai l'impression qu'il n'y a quasiment presque plus rien à faire...
  • MrJ
    MrJ
    Modifié (November 2021)
    Si tu considères une partie de $H$ qui à 4 éléments ou moins, le sous-groupe engendré par celle-ci est toujours un de ceux que tu as indiqué. 

    Je ne pense pas que tu puisses faire un raisonnement général qui t’évite une analyse des différents cas, mais on voit rapidement que ça fonctionne.
  • Dom
    Dom
    Modifié (November 2021)
    C’est-à-dire que l’on parle d’un groupe. 
    Je suis d’accord qu’il persiste une maladresse. 
    On aurait pu préférer quelque chose comme : « le groupe des quaternions est le groupe souvent désigné par … ». 
    Il est vrai qu’on connaît $1$ et $i$ mais que l’on ne connaît pas $j$, ni $k$. Je suis d’accord pour dire que cet énoncé n’est pas complet et que s’il on est rigoriste alors il est mal ficelé. 
    Je rejoins MrJ qui parle de définition heuristique. 
  • Cette définition ressemble plutôt à une présentation.
    Algebraic symbols are used when you do not know what you are talking about.
            -- Schnoebelen, Philippe
  • Merci pour vos retours.
  • Bonjour topopot
    Pour bien visualiser les sous-groupes de $H$, on peut les dessiner dans le treillis suivant.

  • Ce n'est pas une définition heuristique mais un résumé pour écrire la table de multiplication complète. À charge de la lectrice de vérifier que cela définit bien un groupe. Il se trouve que c'est aussi une présentation. La description par les matrices de Pauli dispense de pas mal de vérifications.

  • Dom
    Dom
    Modifié (November 2021)
    Si c’est une présentation, encore faudrait-il que ce soit dit. Si c’est la volonté de l’auteur-contributeur, ça n’apparaît pas clairement. 
    Bon, cela dit, chacun sait qu’il réside une ambiguïté dans cette manière de proposer ce groupe.
    Aucun professionnel ne le ferait comme tel. 

    [J’ai effacé la partie hors-sujet de mon propos]
  • stfj
    Modifié (September 2022)
    @topopot : bonjour, je me pose la même question que tu as posée. Voici un exercice de Serge Lang qui devrait permettre d'y répondre.
     "Il existe un groupe $G$ d'ordre $8$ ayant des générateurs notés $i, j$ et $k$ tels que $$ij=k,\ jk=i,\ ki=j,\ i^2=j^2=k^2;$$
    Notons $m$ l'élément $i^2$. Montrer que les éléments $e,i,j,k,m,mi,mj,mk$ sont des éléments distincts de $G$. Déterminer tous les sous-groupes de $G$."
    Je trouve $<e>,\ <e,i,i^2,i^3>,\ <e,j,j^2,j^3>,\ <e,k,k^2,k^3>, \ <e,m>$ comme sous-groupes propres.
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