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Exercice corrigé : Carrés dans le groupe symétrique

Utiliser le morphisme signatureCalculer le carré d'un cycleUtiliser l'unicité de la décomposition en cycles

On dit que $\pi\in\mathfrak{S}_n$ est un carré s'il existe $\sigma\in\mathfrak{S}_n$ tel que $\pi=\sigma^2$.

  1. Montrer que tout carré appartient à $\mathfrak{A}_n$.
  2. En déduire que, pour $n\geqslant4$, $(1\ 2\ 3\ 4)$ n'est pas un carré, et qu'aucune transposition n'est un carré.
  3. Vérifier que $(1\ 2\ 3)=(1\ 3\ 2)^2$ et $(1\ 2)(3\ 4)=(1\ 3\ 2\ 4)^2$.
  4. Soit $c=(a_1\ \cdots\ a_k)$ un $k$-cycle avec $k\geqslant3$. Montrer que $c^2$ est un $k$-cycle si $k$ est impair, et un produit de deux cycles disjoints de longueur $\frac k2$ si $k$ est pair.
  5. Montrer que, dans la décomposition en cycles disjoints d'un carré, le nombre de cycles de longueur 4 est pair. En déduire que $(1\ 2\ 3\ 4)(5\ 6)$ est un élément de $\mathfrak{A}_6$ qui n'est pas un carré dans $\mathfrak{S}_6$.

Le cours associé

Groupe symétrique

Notions à revoir

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