Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/General algebra

Les pp-Sylow de Sp\mathfrak S_{p}

by Étienne86·
52
Difficulty scaleÉchelle de difficulté

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  1. 1–10First steps / middle schoolPremiers pas / collège
  2. 11–25Beginner / high schoolDébutant / lycée
  3. 26–50Intermediate / undergraduateIntermédiaire / licence
  4. 51–70Advanced / graduateAvancé / master
  5. 71–90Expert / specializedExpert / spécialisé
  6. 91–100Research levelNiveau recherche
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Français

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Soit pp un nombre premier. Trouver le nombre de pp-Sylow du groupe symétrique Sp\mathfrak S_{p}.
En déduire que (p−1)!(p-1)! est congru à −1-1 modulo pp.

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References

  1. Phil Caldero
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On a ∣Sp∣=p!|\mathfrak{S}_p|=p!, et vp(p!)=1v_p(p!)=1. Les pp-Sylow sont donc d’ordre pp, c’est-à-dire engendrés par un élément d’ordre pp.

Un élément d’ordre pp de Sp\mathfrak{S}_p est exactement un pp-cycle : sa décomposition en cycles à supports disjoints a pour ordre le ppcm des longueurs, et une somme de longueurs égale à pp avec un ppcm divisible par pp force un unique cycle de longueur pp.

Un pp-cycle est déterminé par la liste (a1,…,ap)(a_1,\dots,a_p) de ses éléments, soit p!p! listes, et deux listes donnent le même cycle si et seulement si elles se déduisent l’une de l’autre par permutation circulaire, ce qui regroupe les listes par paquets de pp. Il y a donc (p−1)!(p-1)! cycles de longueur pp.

Chaque pp-Sylow, cyclique d’ordre pp, contient p−1p-1 éléments d’ordre pp, et deux pp-Sylow distincts se coupent trivialement. Les pp-cycles se répartissent donc en paquets de p−1p-1 :
np=(p−1)!p−1=(p−2)! .n_p=\frac{(p-1)!}{p-1}=(p-2)!\,.

Le troisième théorème de Sylow affirme que np≡1(modp)n_p\equiv 1\pmod p, d’où
(p−2)!≡1(modp).(p-2)!\equiv 1\pmod p .Or p−1≡−1(modp)p-1\equiv -1\pmod p, donc
(p−1)!=(p−1)⋅(p−2)!≡(−1)⋅1=−1(modp).■(p-1)!=(p-1)\cdot(p-2)!\equiv(-1)\cdot 1=-1\pmod p . \qquad\blacksquare

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