Action par conjugaison
En mathématiques, et plus précisément en théorie des groupes, une action par conjugaison est un cas particulier d'action de groupe. L'ensemble sur lequel agit le groupe G est ici G lui-même.
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Définitions
Notons ici, pour tout élément g de G,
l'automorphisme intérieur de G associé à g (c'est un automorphisme de G). Alors, l'application g ↦ autg, de G dans SG, est un morphisme de groupes.
En effet, autg∘auth = autgh.
L'action de groupe associée, définie par
est appelée l'action par conjugaison de G sur lui-même.
Pour tout x appartenant à G, l'orbite de x sous cette action est appelée la classe de conjugaison de x et est notée Cx :
Ses éléments sont appelés les conjugués de x.
Applications
- Les classes de conjugaison sont utilisées pour la démonstration du théorème de Wedderburn stipulant que tout corps fini est commutatif.
- Dans le cadre de la théorie des représentations d'un groupe fini, les classes de conjugaison sont à la base de la définition des fonctions centrales d'un groupe fini, elles servent à définir l'espace vectoriel, les caractères des représentations. Dans le même contexte, on les retrouve pour l'analyse du centre d'une algèbre d'un groupe.
- Les automorphismes intérieurs sont utilisés pour la démonstration des théorèmes de Sylow, du théorème de Frattini et dans de nombreuses démonstrations concernant les groupes.
- La diagonalisation d'une matrice consiste à trouver une matrice diagonale qui lui est semblable.
- La conjugaison d'un quaternion purement imaginaire par un quaternion unitaire équivaut à la rotation d'un vecteur de l'espace à trois dimensions. La conjugaison d'un quaternion purement imaginaire par un quaternion quelconque équivaut à une similitude.
Exemples
- Les classes de conjugaison d'un groupe symétrique sont composées de produits de cycles à supports disjoints de même structure. Ceci signifie que le nombre de cycles de même longueur est le même pour chaque élément d'une classe de conjugaison.
- Les classes de conjugaison d'un groupe alterné et du groupe simple d'ordre 168 sont étudiées dans l'article associé.
Propriétés
- Quand G est commutatif, l'action par conjugaison est l'identité.
- Les classes de conjugaison constituent une partition de G associée à la relation d'équivalence :
- Un élément g de G fixe un élément particulier x si et seulement si g est élément du centralisateur Zx de x :La formule des classes montre alors que, si Cx désigne la classe de conjugaison de x :en particulier le cardinal de toute classe de conjugaison divise le cardinal de G.
- Un élément g de G fixe donc tout élément de G si et seulement si g appartient au centre Z(G) de G. Plus généralement, ssi g = g' mod Z(G). Par conséquent, l'action de G (sur G) induit une action (sur G) du groupe quotient G/Z(G).
- L'orbite Cx est réduite à {x} si et seulement si x appartient au centre de G. En choisissant un représentant xi par classe de conjugaison disjointe du centre, la formule précédente donne donc l'équation aux classes :
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