Ivan Shishkin, Rye (1878)

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Le principe factoriel

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  1. Posons m=∣G/H∣=[G:H]m=|G/H|=[G:H], qui vaut au moins 22 puisque H≠GH\neq G. L’action de GG par translation à gauche sur G/HG/H fournit un morphisme
    φ:G⟶S(G/H)≃Sm,ker⁡φ=⋂g∈GgHg−1.\varphi:G\longrightarrow\mathfrak{S}(G/H)\simeq\mathfrak{S}_m,\qquad \ker\varphi=\bigcap_{g\in G}gHg^{-1}.Ce noyau est un sous-groupe distingué contenu dans H≠GH\neq G ; par simplicité il est trivial, et donc φ\varphi est injectif.
    Considérons alors ε∘φ:G→{±1}\varepsilon\circ\varphi:G\to\{\pm1\}. Son noyau est distingué dans GG, donc égal à {e}\{e\} ou à GG. Dans le premier cas GG se plongerait dans le groupe abélien {±1}\{\pm1\}, ce qui est exclu. Donc ε∘φ\varepsilon\circ\varphi est trivial, c’est-à-dire φ(G)⊆Am\varphi(G)\subseteq\mathfrak{A}_m, et le théorème de Lagrange donne
    ∣G∣ ∣ ∣Am∣=m!2.|G|\ \big|\ |\mathfrak{A}_m|=\frac{m!}{2}.

  2. Soit PP un pp-Sylow de GG. L’action de GG par conjugaison sur ses pp-Sylow est transitive, de stabilisateur NG(P)N_G(P), d’où np(G)=[G:NG(P)]n_p(G)=[G:N_G(P)].

Montrons que NG(P)≠GN_G(P)\neq G. Sinon PP serait distingué, non trivial car pp divise ∣G∣|G|, donc P=GP=G par simplicité. Mais alors GG serait un pp-groupe, de centre non trivial ; ce centre, distingué, serait GG entier, et GG serait abélien, ce qui est exclu.
Le sous-groupe H=NG(P)H=N_G(P) est donc propre, et la question 1 donne
∣G∣ ∣ np(G)!2|G|\ \big|\ \frac{n_p(G)!}{2}

  1. Soit GG d’ordre 160=25×5160=2^{5}\times 5, supposé simple. Il n’est pas abélien car un groupe abélien simple est d’ordre premier. Les théorèmes de Sylow donnent
    n2∣5,n2≡1(mod2),donc n2∈{1,5}.n_2\mid 5,\qquad n_2\equiv 1\pmod 2,\qquad\text{donc } n_2\in\{1,5\}.Le cas n2=1n_2=1 rend le 22-Sylow distingué, exclu. Donc n2=5n_2=5, et la question 2 impose 160 ∣ 5!2=60,160\ \big|\ \frac{5!}{2}=60,
    ce qui est absurde puisque 160>60160>60. ■\blacksquare

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