Soit G un groupe tel que x² = e pour tout x ∈ G. Montrer que G est…
Application directe du cours · niveau 2 · mathématiques MPSI, chapitre 8 — Structures algébriques usuelles · B. Groupes et sous-groupes
Énoncé
Soit un groupe tel que pour tout . Montrer que est abélien.
Corrigé
Stratégie : calcul direct dans le groupe. L'hypothèse dit que tout élément est son propre inverse : . On applique cela à un produit.
a) L'hypothèse appliquée à . Soient . Comme , l'hypothèse donne , c'est-à-dire
b) On simplifie à gauche et à droite. Multiplions à gauche par et à droite par : donc : le groupe est abélien.
⚠️ Le point délicat : dans un groupe non commutatif, on ne « simplifie » pas, on multiplie des deux côtés en respectant l'ordre. Écrire « donc » est correct — c'est la même démonstration en une ligne — mais l'égalité renverse l'ordre : c'est elle qui fait tout le travail, et l'oublier est l'erreur classique.
c) La réciproque est fausse. Un groupe abélien n'a aucune raison de vérifier : dans , la condition s'écrirait , donc .
Contrôle numérique. Sur (huit éléments) : tout élément vérifie , et le groupe est bien commutatif — vérification exhaustive sur les couples. À l'inverse, n'est pas abélien, et de fait il contient des éléments de carré (les cycles d'ordre ) : l'hypothèse y est en défaut, comme il se doit.
Ce que l'exercice installe. Une identité vérifiée par tous les éléments d'un groupe contraint sa structure globale. Ces groupes-là (dits élémentaires abéliens) sont exactement les — le cas étant , le cas le groupe de Klein.
Les autres exercices de ce chapitre Le cours du chapitre
Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.