Solution
Posons , qui vaut au moins puisque . L’action de par translation à gauche sur fournit un morphisme
Ce noyau est un sous-groupe distingué contenu dans ; par simplicité il est trivial, et donc est injectif.
Considérons alors . Son noyau est distingué dans , donc égal à ou à . Dans le premier cas se plongerait dans le groupe abélien , ce qui est exclu. Donc est trivial, c’est-à-dire , et le théorème de Lagrange donneSoit un -Sylow de . L’action de par conjugaison sur ses -Sylow est transitive, de stabilisateur , d’où .
Montrons que . Sinon serait distingué, non trivial car divise , donc par simplicité. Mais alors serait un -groupe, de centre non trivial ; ce centre, distingué, serait entier, et serait abélien, ce qui est exclu.
Le sous-groupe est donc propre, et la question 1 donne
- Soit d’ordre , supposé simple. Il n’est pas abélien car un groupe abélien simple est d’ordre premier. Les théorèmes de Sylow donnent
Le cas rend le -Sylow distingué, exclu. Donc , et la question 2 impose
ce qui est absurde puisque .

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