XIX Semana Olímpica de Matemática. Nível U. Alguns Teoremas Básicos de Grupos e Suas Aplicações. Samuel Feitosa

Documentos relacionados
LISTA CLASSES LATERAIS, TEOREMA DE LAGRANGE 17. Seja G um grupo e sejam H e K subgrupos de G cujas ordens sejam relativamente primas.

Lista permanente de exercícios - parte de Grupos. As resoluções se encontram nas notas de aula A1, A2, A3.

(Ciência de Computadores) 2005/ Diga quais dos conjuntos seguintes satisfazem o Princípio de Boa Ordenação

MAT5728 Álgebra Lista 1

MAT0313 Álgebra III Lista 5

Produto semidireto. Demonstração. (1, 1) é o elemento neutro pois

Lista 1. 9 Se 0 < x < y e n N então 0 < x n < y n.

Prova de seleção ao Mestrado e/ou Programa de Verão. Programas: ICMC-USP, UFAL, UFRJ

Conceitos Básicos sobre Representações e Caracteres de Grupos Finitos. Ana Cristina Vieira. Departamento de Matemática - ICEx - UFMG

Prova Extramuro BOA PROVA! Respostas da Parte II

f(xnyn) = f(xyn) = f(xy) = f(x)f(y) = f(xn)f(yn).

1 Noções preliminares

GRUPOS ALGUNS GRUPOS IMPORTANTES. Professora: Elisandra Bär de Figueiredo

BOA PROVA! Respostas da Parte II

Mais uma aplicação do teorema de isomorfismo. Sejam G um grupo, H um subgrupo de G e N um subgrupo normal de

XIX Semana Olímpica de Matemática. Nível 3. Polinômios Ciclotômicos e Congruência Módulo p. Samuel Feitosa

Introdução aos números inteiros

Produtos de potências racionais. números primos.

Álgebras de Lie são espaços vetoriais munidos de uma nova operaçao que em geral não é comutativa nem associativa: [x, y] = xy yx.

1. Prove que (a+b) c = a c+b c para todo a, b, c em ZZ /mzz. (Explique cada passo).

INSTITUTO DE MATEMÁTICA - UFRJ DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA APLICADA CÁLCULO VETORIAL E GEOMETRIA ANALÍTICA Professor Felipe Acker parte 1 - o plano

Definição 1. Um ideal de um anel A é um subgrupo aditivo I de A tal que ax I para todo a A, x I. Se I é um ideal de A escrevemos I A.

Anéis quocientes k[x]/i

Dou Mó Valor aos Autovalores

Grupos: Resumo. Definição 1.1 Um grupo é um conjunto G juntamente com uma operação binária. G G G (a, b) a b. (a b) c = a (b c) a e = e a = a

1. Num grupo G, sejam a e b dois elementos diferentes da identidade e tais que a 3 = b 2 = e e ba = a 2 b.

ANÉIS. Professora: Elisandra Bär de Figueiredo

GABRIEL BUJOKAS

1. Conhecendo-se somente os produtos AB e AC, calcule A = X 2 = 2X. 3. Mostre que se A e B são matrizes que comutam com a matriz M = 1 0

Universidade Federal de Goiás Câmpus Catalão Aluno: Bruno Castilho Rosa Orientador: Igor Lima Seminário Semanal de Álgebra

(x 1, y 1 ) (x 2, y 2 ) = (x 1 x 2, y 1 y 2 ); e α (x, y) = (x α, y α ), α R.

Apresentar o conceito de grupo, as primeiras definições e diversos exemplos. Aplicar as propriedades dos grupos na resolução de problemas.

Dado um inteiro positivo n, definimos U(n) como sendo o conjunto dos inteiros positivos menores que n e primos com n. Não é difícil ver que a

1 Grupos (23/04) Sim(R 2 ) T T

Geradores e relações

Universidade Federal de Viçosa Centro de Ciências Exatas - CCE Departamento de Matemática Primeira Lista de MAT641 - Análise no R n

(Mini) Apostila de Teoria de Grupos. Dimiter Hadjimichef

Notas de Aula de Algebra Avan cada ver ao de 2019

MAT Resumo Teórico e Lista de

Notas de Aula Álgebra 3. Martino Garonzi. Universidade de Brasília. Segundo semestre 2018

Lista 2 - Álgebra I para Computação - IME -USP -2011

Introdução à Algebra para Criptografia de Curvas Elipticas

Gabarito da primeira prova de Álgebra III - 29/04/2010 Prof. - Juliana Coelho

Álgebra Linear e Geometria Anaĺıtica. Matrizes e Sistemas de Equações Lineares

Cálculo Diferencial e Integral I

MAT Resumo II. Andrew Kurauchi Henrique Stagni Igor Montagner. 25 de Setembro de s k gij X,s k = + 1} g ik

2007/2008 Resolução do 1 o exame

Curso: MAT 221- CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL IV Professor Oswaldo Rio Branco de Oliveira Período: Segundo Semestre de 2008

Um algoritmo para estimar o segundo grupo de homologia de algum grupo finitamente apresentado

3 - Subespaços Vetoriais

Polinómios Simétricos e Polinómios W-harmónicos

Números Reais. Víctor Arturo Martínez León b + c ad + bc. b c

Programa Combinatória Aritmética Racional MATEMÁTICA DISCRETA. Patrícia Ribeiro. Departamento de Matemática, ESTSetúbal 2018/ / 52

Álgebra linear A Primeira lista de exercícios

CARACTERÍSTICA DE UM ANEL

uma breve introdução a estruturas algébricas de módulos sobre anéis - generalizando o conceito de espaço vetorial

Primeira prova de Álgebra III - 07/05/2015 Prof. - Juliana Coelho Entregar dia 09/05/2015 até as 11h00.

Fundamentos de Matemática Curso: Informática Biomédica

Reticulados e Álgebras de Boole

OS TEOREMAS DE JORDAN-HÖLDER E KRULL-SCHMIDT (SEGUNDA VERSÃO)

Axioma dos inteiros. Sadao Massago

obs: i) Salvo menção em contrário, anel = anel comutativo com unidade. ii) O conjunto dos naturais inclui o zero.

Capítulo 1. Os Números. 1.1 Notação. 1.2 Números naturais não nulos (inteiros positivos) Última atualização em setembro de 2017 por Sadao Massago

Álgebra Linear. Professor Alessandro Monteiro. 1º Sábado - Matrizes - 11/03/2017

Números Reais. Gláucio Terra. Departamento de Matemática IME - USP. Números Reais p. 1/2

MAT Álgebra Linear para Engenharia II - Poli 2 ō semestre de ā Lista de Exercícios

Exercícios sobre Espaços Vetoriais II

Álgebra Moderna Profª Ana Paula OPERAÇÕES

Corpos Finitos Parte I

1234, 1243, 1324, 1342, 1423, 1432, 2134, 2143, 2314, 2341, 2413, 2431,

Topologia de Zariski. Jairo Menezes e Souza. 25 de maio de Notas incompletas e não revisadas RASCUNHO

Alguns exercícios amais para vocês (as resoluções dos exercícios anteriores começam na próxima pagina):

SUMÁRIO. Álgebra I 3 1. Grupos Exercícios Subgrupos Exercícios Homomorfismo de Grupos e Aplicações 35 3.

Nilpotência e p-nilpotência de Grupos Finitos

Números - Aula 03. Alexandre Nolasco de Carvalho Universidade de São Paulo São Carlos SP, Brazil

ÁLGEBRA LINEAR. Combinação Linear, Subespaços Gerados, Dependência e Independência Linear. Prof. Susie C. Keller

XIX Semana Olímpica de Matemática. Nível 2. Equações Diofantinas Lineares e o Teorema Chinês dos Restos. Samuel Feitosa

XIX Semana Olímpica de Matemática. Nível 3. Polinômios em Z[x] Matheus Secco

Lista 1 MAT5734/MAT SEMESTRE DE Seja R um anel com 1 0. Exercício 5. Mostre que ( 1) 2 = 1 em R.

UFPR - Universidade Federal do Paraná Setor de Ciências Exatas Departamento de Matemática CM122 - Fundamentos de Análise Prof. Zeca Eidam.

Polos Olímpicos de Treinamento. Aula 14. Curso de Álgebra - Nível 2 Prof. Marcelo Mendes. Revisão - Parte II

(g) (G, +, ) sendo G = {a + ib a, b Z}, o conjunto dos inteiros de Gauss, + e a adição e a multiplicação usuais de números complexos.

Álgebra Linear e Geometria Anaĺıtica. Espaços Vetoriais Reais

Produtos Notáveis. Vejamos alguns exemplos para diversos produtos notáveis que auxiliarão na formação de ideias para problemas futuros mais difíceis.

1 Conjuntos, Números e Demonstrações

Grupos livres e apresentações, grupos hopfianos e grupos residualmente finitos

Produtos Notáveis. Vejamos alguns exemplos para diversos produtos notáveis que auxiliarão na formação de ideias para problemas futuros mais difíceis.

Matemática I. 1 Propriedades dos números reais

Parte I - Grupos. Sumário. 1.1 Grupos, subgrupos, ordem. Exercício Se H é um subconjunto nito de um grupo G, estável pela operação.

Aulas 10 e 11 / 18 e 20 de abril

Unidade 5 - Subespaços vetoriais. A. Hefez e C. S. Fernandez Resumo elaborado por Paulo Sousa. 10 de agosto de 2013

Teoria Ingênua dos Conjuntos (naive set theory)

Troca de chaves Diffie-Hellman Grupos finitos Grupos cíclicos

Semana 2. Primitivas. Conjunto das partes. Produto cartesiano. 1 Teoria ingênua dos conjuntos. 2 Axiomática ZFC de conjuntos. 4 Conjuntos numéricos

MA14 - Aritmética Lista 1. Unidades 1 e 2

CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS

Notas para o Curso de Algebra Linear Il Dayse Haime Pastore 20 de fevereiro de 2009

COLETÂNEA DE PROBLEMAS PARA TREINAMENTO (*) NÍVEL III (ENSINO MÉDIO)

EXERCÍCIOS DE ELEMENTOS DE MATEMÁTICA II (BQ, CTA, EFQ, Q) 2002/2003. Funções reais de várias variáveis

Transcrição:

XIX Semana Olímpica de Matemática Nível U Alguns Teoremas Básicos de Grupos e Suas Aplicações Samuel Feitosa O projeto da XIX Semana Olímpica de Matemática foi patrocinado por:

Semana Olímpica 2016 Alguns Teoremas Básicos de Grupos e Suas Aplicações Nível U Samuel Feitosa 1 Conceitos Fundamentais Exercício 1. (Putnam 1989) Seja S um conjunto não vazio com uma operação associativa que possui lei de cancelamento à esquerda e à direita, i.e., xy = xz implica y = z e yx = zx implica y = z). Suponha que para todo a S o conjunto {a n : n = 1, 2, 3,...} é finito. É verdade que S é um grupo? Exercício 2. (IMC 2003) Encontre todos os inteiros n para os quais existe uma família F de subconjuntos de três elementos de S = {1, 2,..., n} satisfazendo as seguintes condições: i) para quaisquer dois elementos distintos a, b S, existe exatamente um elemento A F contendo a e b. ii) e a, b, c, x, y, z são elementos em S tais que se {a, b, x}, {a, c, y}, {b, c, z} F, então {x, y, z} F Dica: Use as condições anteriores para definir uma estrutura de grupo abeliano sobre o conjunto S {0} de modo que todos os seus elementos possuam ordem 2. Conclua daí que n = 2 m 1. Exercício 3. Seja G um grupo finito e sejam H e K subgrupos de G. 1. Mostre que H, K : K H : H K 2. Mostre que se H : H K > 1 G : K, então H, K = G 2 Exercício 4. Seja G um grupo finito e sejam H e K subgrupos de G com mdc( G : H, G : K ) = 1. Então G : H K = G : H G : K e G = HK. Exercício 5. (Romênia 2002) Seja G um grupo finito com n elementos. Suponha que existam dois elementos de ordens p e q, ambos maiores ou iguais a 2 e primos entre si, de modo que p + q n 1. Encontre o valor de n. Exercício 6. (Putnam 1985) Seja G um conjunto finito de matrizes n n de coeficientes reais {M i }, 1 i r, que forma um grupo sobre a multiplicação matricial. Suponha que r i=1 tr(m i) = 0, onde tr(a) denota o traço da matriz A. Prove que r i=1 M i é a matriz nula. Exercício 7. Sejam G um grupo, G seu subgrupo dos comutadores e N um subgrupo normal de G. Suponha que N é cíclico. Prove que gn = ng para todo g G e todo n N. Exercício 8. (IMC 2007) Seja G um grupo finito. Para conjuntos arbitrários U, V, W G, denote por N UVW o número de triplas (x, y, z) U V W para os quais xyz é a unidade do grupo. Suponha que G possa ser particionado em três conjuntos A, B e C (i.e. os conjuntos A, B e C são disjuntos e G = A B C). Prove que N ABC = N CBA. Exercício 9. (IMC 2005) Dado um grupo G, denote por G(m) o subgrupo gerado pelas potências m-ésimas dos elementos de G. Se G(m) e G(n) são comutativos, prove que G(mdc(m, n)) também é comutativo. Exercício 10. (IMC 2012) Seja c 1 um número real. Seja G um grupo abeliano e seja A G um conjunto finito satisfazendo A + A c A, onde X + Y = {x + y x X, y Y} e Z denota a cardinalidade de Z. Prove que para todo inteiro positivo k. A + A +... + A c }{{} k A k vezes Exercício 11. Dizemos que um grupo G = (G, ) tem raiz se existe um grupo H = (H, ) de tal sorte que G é isomorfo a H H. Mostre que (Q, +) não possui raiz. O grupo (R, +) admite raiz? Dica: Para a última pergunta, tente ver a possível raíz como um subespaço vetorial de R sobre Q. Como construir uma base para esse espaço vetorial?

Exercício 12. sequência tal que (Putnam 1990) Seja G um grupo finito de ordem n gerado por a e b. Prove ou disprove que existe uma g 1, g 2, g 3,..., g 2n a) todo elemento de G ocorre exatamente duas vezes e b) g i+1 é igual a g i a ou g i b, para i = 1, 2,..., 2n.(Interprete g 2n+1 como g 1.) Exercício 13. Seja G um grupo finito com identidade e. Suponha que para quaisquer a e b em G, distintos de e, existe um automorfismo σ de G tal que σ(a) = b. Prove que G é abeliano. Exercício 14. Seja G um grupo de ordem 10 que possui um subgrupo normal de ordem 2. Mostre que G é abeliano. Exercício 15. Suponha que o grupo G possui um subgrupo não trivial H que está contido em todo subgrupo não trivial de G. Prove que H está contido no centro de G. Exercício 16. em K. Seja G um grupo e H e K subgrupos tais que H tem índice finito em G. Prove que K H tem índice finito Exercício 17. (IMC 2001) Sejam r, s, t inteiros positivos relativamente primos dois a dois. Se a e B são elementos de um grupo comutativo com unidade e e a r = b s = (ab) t = e, prove que a = b = e. Exercício 18. (Revista Matemáttica Universitária n06) Diremos que uma matriz n n é positiva se suas entradas são reais não negativos. Seja G um grupo de matrizes positivas cujo elemento neutro é a matriz identidade. Se as normas das matrizes em G são limitadas, é verdade que G é finito? 2 Grupos de Permutações e Ações Exercício 19. (IMC 1998) Prove que as seguintes proposições se verificam para n = 3 e n = 5. Além disso, mostre que elas não se verificam para n = 4. Para qualquer permutação π 1 de {1, 2,..., n} diferente da identidade existe uma permutação π 2 tal que qualquer permutação π pode ser obtida de π 1 e π 2 usando-se apenas composições. Exercício 20. (IMC 2010) Denote por S n o grupo de permutações da sequência (1, 2,..., n). Suponha que G é um subgrupo de S n tal que para todo π G\{e} existe um único k {1, 2,..., n} para o qual π(k) = k (Aqui e é o elemento unidade no grupo S n ). Mostre que este k é o mesmo para todo elemento π g\{e}. Exercício 21. (IMC 2012) Dado um inteiro n > 1, seja S n o grupo de permutações dos números 1, 2,..., n. Dois jogadores A e B disputam o jogo a seguir. Em turnos alternados, cada um escolhe um elemento do grupo S n sendo proibido escolher um elemento que já tenha sido previamente escolhido. O jogo termina quando os elementos selecinados geram o grupo S n. O jogador que fize ro último movimento perde o jogo. Se o primeiro a jogar é A, qual dos dois possui uma estratégia vencedora? Exercício 22. Sejam G um grupo e N um subgrupo normal de G com N = G. Suponha que não existe um subgrupo H de G satisfazendo N H G e N = H = G. Prove que o índice de N em G é finito e igual a um número primo. Exercício 23. Prove que S n, o grupo das permutações de {1, 2,..., n}, é isomorfo a um subgrupo de grupo A n+2, o subgrupo alternado de S n+2. Exercício 24. Seja G um grupo possuindo um subgrupo A de índice finito. Prove que existe um subgrupo normal N de G contido em A tal que N é de índice finito em G. Dica: Considere um homomorfismo envolvendo o grupo de permutações das classes laterais de A em G. 3 Os Teoremas de Sylow Exercício 25. Mostre que todo grupo de ordem par possui um elemento de ordem 2. Exercício 26. Prove que o subgrupo G = Q/Z não possui subgrupo próprio de índice finito. Dica: Use que se p é um primo dividindo a ordem de um grupo, então existe um elemento de ordem p. Exercício 27. Seja G um grupo finito de ordem n com a propriedade de que para todo divisor d de n existe no máximo um subgrupo em G de ordem d. Mostre que G é cíclico. Exercício 28. Prove que se G é um grupo que não contém subgrupos de índice 2, então qualquer subgrupo de índice 3 é normal. Exercício 29. Seja G um grupo de ordem 2 2 3 n, com n 1. Mostre que G possui um subgrupo normal de ordem 3 n ou 3 n 1.

4 Alguns Teoremas de Classificação Exercício 30. Sejam a e b dois elementos de um grupo tais que a 5 = e, aba 1 = b 2. Encontre O(b). Exercício 31. (Romênia 1996) Seja G um grupo com exatamente dois elementos (diferentes da unidade) que comutam. Mostre que G é isomorfo a Z 3 ou S 3. Exercício 32. (Romênia 1998) a) Seja p um número primo e G p = {z C z pn = 1}. n N Mostre que G p é um subgrupo do grupo multiplicativo C. b) Seja H um subgrupo finito de (C, ). Prove que todo sugrupo de H (diferente de H) é finito se, e somente se, existe um número primo p tal que H = G p. Exercício 33. (IMC 1996) Seja G um subgrupo de GL 2 (R), gerado por A e B, onde A = 2 0 0 1, B = 1 1 0 1 Seja H o subconjunto das matrizes a 11 a 12 a 21 a 22 a) Mostre que H é um subgrupo abeliano de G. b) Mostre que H não é finitamente gerado. de G com a 11 = a 22 = 1. Exercício 34. Sejam a e b dois elementos de um grupo tais que aba = ba 2 b, a 3 = e e b 2n 1 = e para algum inteiro positivo n. Prove que b = e. 1 1 e denota a identidade do grupo.

Respostas e Soluções.