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Correspondance entre les sous-groupes

    Correspondance entre les Sous-Groupes

    Les théorèmes d’isomorphisme ont une conséquence structurelle très importante, souvent appelée le théorème de correspondance. Il établit un lien direct et bijectif entre les sous-groupes du groupe quotient $G/N$ et les sous-groupes du groupe initial $G$ qui « contiennent » le sous-groupe distingué $N$.

    Théorème de Correspondance

    Soit $G$ un groupe et $N$ un sous-groupe distingué de $G$. Soit $\pi: G \to G/N$ la surjection canonique.

    L’application $\pi$ induit une bijection croissante entre l’ensemble des sous-groupes de $G$ contenant $N$ et l’ensemble des sous-groupes de $G/N$.

    Cette correspondance préserve de plus les sous-groupes distingués.

    Description de la Bijection

    La correspondance fonctionne dans les deux sens :

    • Sens direct : Si $H$ est un sous-groupe de $G$ tel que $N \subseteq H$, alors son image par la projection canonique, $\pi(H) = H/N$, est un sous-groupe de $G/N$.
    • Sens réciproque : Si $\mathcal{H}$ est un sous-groupe du quotient $G/N$, alors son image réciproque par la projection canonique, $\pi^{-1}(\mathcal{H})$, est un sous-groupe de $G$ qui contient $N$.

    Cette bijection signifie que la structure des sous-groupes du quotient est une copie exacte de la structure des sous-groupes de $G$ qui se trouvent « au-dessus » de $N$.

    Application : Sous-groupes de $\mathbb{Z}/12\mathbb{Z}$

    Cherchons tous les sous-groupes de $G/N = \mathbb{Z}/12\mathbb{Z}$.

    • Ici, $G=\mathbb{Z}$ et $N=12\mathbb{Z}$.
    • Le théorème nous dit que les sous-groupes de $\mathbb{Z}/12\mathbb{Z}$ correspondent bijectivement aux sous-groupes de $\mathbb{Z}$ qui contiennent $12\mathbb{Z}$.
    • Les sous-groupes de $\mathbb{Z}$ sont de la forme $k\mathbb{Z}$. La condition $12\mathbb{Z} \subseteq k\mathbb{Z}$ signifie que $k$ doit être un diviseur de 12.
    • Les diviseurs de 12 sont : 1, 2, 3, 4, 6, 12.
    • Les sous-groupes de $\mathbb{Z}$ contenant $12\mathbb{Z}$ sont donc : $\mathbb{Z}, 2\mathbb{Z}, 3\mathbb{Z}, 4\mathbb{Z}, 6\mathbb{Z}, 12\mathbb{Z}$.
    • Par correspondance, les sous-groupes de $\mathbb{Z}/12\mathbb{Z}$ sont les images de ces derniers :
      • $\mathbb{Z}/12\mathbb{Z}$ (isomorphe à $\langle \bar{1} \rangle$)
      • $2\mathbb{Z}/12\mathbb{Z}$ (isomorphe à $\langle \bar{2} \rangle$)
      • $3\mathbb{Z}/12\mathbb{Z}$ (isomorphe à $\langle \bar{3} \rangle$)
      • $4\mathbb{Z}/12\mathbb{Z}$ (isomorphe à $\langle \bar{4} \rangle$)
      • $6\mathbb{Z}/12\mathbb{Z}$ (isomorphe à $\langle \bar{6} \rangle$)
      • $12\mathbb{Z}/12\mathbb{Z}$ (le sous-groupe trivial $\{\bar{0}\}$)

    On retrouve bien qu’il y a 6 sous-groupes, un pour chaque diviseur de 12.