En mathématiques, la classification des groupes finis simples établit que chacun de ces groupes est soit un cyclique, soit alterné, soit membre d'une des seize familles de groupes de type de Lie (incluant le groupe de Tits), soit l'un des 26 groupes sporadiques (le groupe de Tits est parfois inclus dans les groupes de type de Lie, d'autres fois dans les groupes sporadiques).
La liste ci-dessous recense les groupes finis simples en les organisant par famille et précise à chaque fois leur ordre, la taille de leur multiplicateur de Schur, celle de leur groupe d'automorphisme extérieur et éventuellement certaines représentations habituelles. Les groupes finis simples sont déterminés par leur ordre, excepté les groupes Bn(q) et Cn(q) dont l'ordre est identique pour n > 2 et q impair, et les groupes A8 (ou A3(2)) et A2(4) dont l'ordre est 20 160.
À titre de notation, dans cette liste, n désigne un entier positif, p un nombre premier et q une puissance entière de p. L'ordre du groupe d'automorphisme extérieur est donné sous la forme d·f·g, où d est l'ordre du groupe des automorphismes diagonaux, f est celui du groupe d'automorphismes de corps (engendrés par un automorphisme de Frobenius) et g celui du groupe des automorphismes de graphe (provenant des automorphismes du diagramme de Dynkin).
Familles infinies
Groupes cycliques Zp
Notation
Zp
Autres noms
Z/pZ
Simplicité
Toujours simples.
Ordre
p
Multiplicateur de Schur
Trivial.
Groupe d'automorphisme extérieur
Cyclique d'ordre p-1.
Remarque
Les groupes cycliques sont les seuls groupes simples qui ne sont pas parfaits.
Groupes alternés An
Notation
An, pour n > 4. Il existe un conflit avec la notation des groupes de type Lie An(q) qui n'ont aucun lien avec les groupes alternés ; certains auteurs utilisent des polices distinctes afin de les distinguer.
Autre noms
Altn.
Simplicité
Résolubles pour n < 5, simples dans le cas contraire.
Ordre
2n! pour n > 1.
Multiplicateur de Schur
2 pour n = 5 ou n > 7, 6 pour n = 6 ou 7.
Groupe d'automorphisme extérieur
En général 2. Exceptions : pour n = 1, n = 2, il est trivial, et pour n = 6, il possède un ordre 4 (abélien élémentaire).
Isomorphismes
A1 et A2 sont triviaux. A3 est cyclique d'ordre 3. A4 est isomorphe à A1(3) (résoluble). A5 est isomorphe à A1(4) et à A1(5). A*6 est isomorphe à* A*1(9)et au groupe dérivé* B*2(2)′.* A*8 est isomorphe à* A*3(2).*
A1(2) et A1(3) sont résolubles, les autres sont simples.
Ordre
(n+1,q−1)1qn(n+1)/2i=1∏n(qi+1−1)
Multiplicateur de Schur
Pour les groupes simples, il est cyclique d'ordre (n+1, q − 1), excepté pour A1(4) (ordre 2), A1(9) (ordre 6), A2(2) (ordre 2), A2(4) (ordre 48, produit de groupes cycliques d'ordres 3, 4, 4), A3(2) (ordre 2).
Groupe d'automorphisme extérieur
(2, q − 1) ·f·1 pour n = 1 ; (n+1, q − 1) ·f·2 pour n > 1, où q = p.
Isomorphismes
A1(2) est isomorphe au groupe symétrique sur 3 points d'ordre 6. A1(3) est isomorphe au groupe alternéA4 (résoluble). A1(4) et A1(5) sont isomorphes, et tous deux isomorphes au groupe alterné A5. A1(7) et A2(2) sont isomorphes. A1(8) est isomorphe au groupe dérivé G2(3)′. A1(9) est isomorphe à A6 et au groupe dérivé B2(2)'. A3(2) est isomorphe à A8.
Remarques
Ces groupes sont obtenus à partir des groupes linéaires généraux GLn+1(q) en prenant les éléments de déterminant 1 (donnant les groupes linéaires spéciaux SLn+1(q)) puis après mise en quotient par le centre.
Groupes de Chevalley orthogonaux Bn(q)
n > 1
Simplicité
B2(2) est non simple et possède un sous-groupe simple d'index 2; les autres sont simples.
Ordre
(2,q−1)1qn2i=1∏n(q2i−1)
Multiplicateur de Schur
(2,q − 1) excepté pour 'B2(2) (non simple), B3(2)
(ordre 2) et B3(3) (ordre 6).
Groupe d'automorphisme extérieur
(2, q − 1) ·f·1 pour q impair ou n>2; (2, q − 1) ·f·2 si q est pair et n=2, où q = p.
Autres noms
O2n + 1(q), Ω2n + 1(q) (pour q impair).
Isomorphismes
Bn(2) est isomorphe à Cn(2). B2(2) est isomorphe au groupe symétrique sur 6 points, et le groupe dérivé B2(2)' est isomorphe à A1(9) et à A6. B2(3) est isomorphe à A3(2²).
Remarques
Ce groupe est obtenu à partir du groupe orthogonal en dimension 2n+1 en prenant le noyau du déterminant et l'application norme de spin. B1(q) existe aussi, mais est le même que A1(q). B2(q) possède un automorphisme de graphe non-trivial lorsque q est une puissance de 2.
Groupes de Chevalley symplectiques Cn(q)
n > 2
Simplicité
Tous simples.
Ordre
(2,q−1)1qn2i=1∏n(q2i−1)
Multiplicateur de Schur
(2,q − 1) excepté pour C3(2)
(ordre 2).
Groupe d'automorphisme extérieur
(2, q − 1) ·f·1 où q = p.
Autres noms
Groupe projectif symplectique, PSp2n(q), PSp*n(q) (non recommandé),* S*2n(q).*
Isomorphismes
Cn(2) est isomorphe à Bn(2).
Remarques
Ce groupe est obtenu à partir du groupe symplectique en 2n dimensions par mise en quotient du centre. C1(q) existe aussi, mais est le même que A1(q). C2(q) existe aussi, mais est le même que B2(q).
Groupes de Chevalley orthogonaux Dn(q)
n > 3
Simplicité
Tous simples.
Ordre
(4,qn−1)1qn(n−1)(qn−1)i=1∏n−1(q2i−1)
Multiplicateur de Schur
L'ordre est (4, q-1) (cyclique pour n impair, abélien élémentaire pour n pair) excepté pour D4(2) (ordre 4, abélien élémentaire).
Groupe d'automorphisme extérieur
(2, q − 1) ²·f·S3 pour n=4, (2, q − 1) ²·f·2 pour n>4 pair, (4, q − 1) ²·f·2 pour n impair, où q = p, et S3 est le groupe symétrique sur 3 points d'ordre 6.
Autres noms
O2n+(q), PΩ2n+(q).
Remarques
Ce groupe est obtenu à partir de la séparation du groupe orthogonal en dimension 2n en prenant le noyau du déterminant (ou l'invariant de Dickson en caractéristique 2) et l'application norme de spin puis en supprimant le centre.
Les groupes de type D4 ont un groupe de diagramme d'automorphisme inhabituellement grand d'ordre 6, contenant l'automorphisme de trialité. D2(q) existe aussi, mais est le même que A1(q)\times A_1(q). D3(q) existe aussi, mais est le même que A3(q).
Groupes de Steinberg unitaires ²An(q²)
Autres noms
groupes de Chevalley tordus, groupes spéciaux projectifs unitaires
Notations
²An(q²), PSUn+1(q), PSU(n+1, q), Un+1(q), ²An(q), ²An(q,q²), pour n > 1
Simplicité
²A1(q²) et ²A2(2²) sont résolubles, les autres sont simples.
Ordre
(n+1,q+1)1qn(n+1)/2i=1∏n(qi+1−(−1)i+1)
Multiplicateur de Schur
Cyclique d'ordre (n + 1, q + 1) pour les groupes simples, excepté pour ²A3(2²) (ordre 2) ²A3(3²) (ordre 36, produit de groupes cycliques d'ordres 3,3,4), ²A5(2²) (ordre 12, produit de groupes cycliques d'ordres 2,2,3)
Groupe d'automorphisme extérieur
(n+1, q + 1) · f·1 où q² = p.
Isomorphismes
Le groupe résoluble 2A2(22) est isomorphe à une extension du groupe de quaternion d'ordre 8 par un groupe abélien élémentaire d'ordre 9. 2A2(32) est isomorphe au groupe dérivé G2(2)'. 2A3(22) est isomorphe à B2(3).
Remarques
Ceci est obtenu à partir du groupe unitaire en n+1 dimensions en prenant les sous-groupes d'éléments de déterminant 1 puis par mise en quotient en dehors par le centre.
Groupes de Steinberg orthogonaux ²Dn(q²)
n > 3
Simplicité
Tous simples.
Ordre
(4,qn+1)1qn(n−1)(qn+1)i=1∏n−1(q2i−1)
Multiplicateur de Schur
Cyclique d'ordre (4, q + 1).
Groupe d'automorphisme extérieur
(4, q + 1) ·f·1 où q = p.
Autres noms
2Dn(q), O2n−(q), PΩ2n−(q), groupe de Chevalley tordu.
Remarques
Ceci est le groupe obtenu à partir du groupe orthogonal non séparé en dimension 2n en prenant le noyau du déterminant (ou l'invariant de Dickson de caractéristique 2) et l'application de norme de spin puis en supprimant le centre.
2D2(q2) existe aussi, mais est le même que A1(q). 2D3(q2) existe aussi, mais est le même que 2A3(q2).
Groupes de type de Lie exceptionnels
Groupes de Chevalley E6(q)
Simplicité
Tous simples.
Ordre
q (q−1) (q−1) (q−1) (q−1) (q−1) (q²−1) /(3,q-1)
Multiplicateur de Schur
(3,q − 1)
Groupe d'automorphisme extérieur
(3, q − 1) ·f·2 où q = p.
Autres noms
Groupe de Chevalley exceptionnel.
Remarques
possède deux représentations de dimension 27, et agit sur l'algèbre de Lie de dimension 78.
il agit sur l'algèbre de Lie correspondante de dimension 248. E8(3) contient le groupe simple de Thompson.
Groupes de Chevalley F4(q)
Simplicité
Tous simples.
Ordre
q (q−1) (q−1) (q−1) (q²−1)
Multiplicateur de Schur
Trivial excepté pour F4(2) (ordre 2).
Groupe d'automorphisme extérieur
1·f·1 pour q impair, 1·f·2 pour q pair, où q = p.
Autres noms
Groupe de Chevalley exceptionnel.
Remarques
Ces groupes agissent sur les algèbres de Jordan exceptionnelles à 27 dimensions, qui leur donnent des représentations à 26 dimensions. Ils agissent aussi sur les algèbres de Lie correspondantes de dimension 52. F4(q) possède un automorphisme de graphe non-trivial lorsque q est une puissance de 2.
Groupes de Chevalley G2(q)
Simplicité
G2(2) est non simple mais possède un sous-groupe simple d'index 2; les autres sont simples.
Ordre
q (q−1) (q²−1)
Multiplicateur de Schur
Trivial pour les groupes simples excepté pour G2(3) (ordre 3) et G2(4) (order 2).
Groupe d'automorphisme extérieur
1·f·1 pour q non puissance de 3, 1·f·2 pour q puissance de 3, où q = p.
Autres noms
Groupe de Chevalley exceptionnel.
Isomorphismes
Le groupe dérivé G2(2)' est isomorphe à 2A2(32).
Remarques
Ces groupes sont des groupes d'automorphismes des algèbres de Cayley de dimension 8 sur des corps finis, qui leur donnes des représentations de dimension 7. Ils agissent aussi sur les algèbres de Lie correspondantes de dimension 14. G2(q) possède un automorphisme de graphe lorsque q est une puissance de 3.
Groupes de Steinberg ²E6(q²)
Simplicité
Tous simples.
Ordre
q (q−1) (q+1) (q−1) (q−1) (q+1) (q²−1) /(3,q+1)
Multiplicateur de Schur
(3, q + 1) excepté pour 2E6(22) (ordre 12, produit de groupes cyclique d'ordres 2,2,3).
Groupe d'automorphisme extérieur
(3, q + 1) ·f·1 où q² = p.
Autres noms
2E6(q), Groupe de Chevalley tordu.
Remarques
Une des doubles couvertures exceptionnelle de 2E6(22) est un sous-groupe du groupe Bébé Monstre,
et l'extension centrale exceptionnelle par le groupe abélien élémentaire d'ordre 4 est un sous-groupe du groupe Monstre.
Groupes de Steinberg ³D4(q³)
Simplicité
Tous simples.
Ordre
q (q+q+1) (q−1) (q²−1)
Multiplicateur de Schur
Trivial.
Groupe d'automorphisme extérieur
1·f·1 où q³ = p.
Autres noms
3D4(q), Groupes de Chevalley tordus.
Remarques
3D4(23) agit sur l'unique réseau pair à 26 dimensions de déterminant 3 sans racine.
Groupes de Suzuki ²B2(2) les
Simplicité
Simple pour n>1. Le groupe
2B2(2) est résoluble.
Ordre
q² (q²+1) (q−1) où q = 2.
Multiplicateur de Schur
Trivial pour n>2, abélien élémentaire d'ordre 4 pour 2B2(8).
Groupe d'automorphisme extérieur
1·f·1 où f = 2n+1.
Autres noms
Suz(22n + 1), S**z(22n + 1).
Isomorphismes
2B2(2) est le groupe de Frobenius d'ordre 20.
Remarques
Les groupes de Suzuki sont des groupes de Zassenhaus agissant sur les ensembles de taille (2)²+1, et ont des représentations de dimension 4 sur le corps avec 2 éléments. Ce sont les seuls groupes simples non cycliques dont l'ordre n'est pas divisible par 3. Ils ne sont pas reliés au groupe de Suzuki sporadique.
Groupes de Ree ²F4(2) et groupe de Tits
Simplicité
Simple pour n>1. Le groupe dérivé 2F4(2)′ est simple d'index 2
dans 2F4(2), il est appelé le groupe de Tits, en l'honneur du mathématicien français Jacques Tits.
Ordre
q (q+1) (q−1) (q³+1) (q−1) où q = 2
Multiplicateur de Schur
Trivial pour n>1 et pour le groupe de Tits.
Groupe d'automorphisme extérieur
1·f·1 où f = 2n+1. Ordre 2 pour le groupe de Tits.
Remarques
Le groupe de Tits n'est pas à strictement parler un groupe de type Lie, et en particulier, n'est pas le groupe de point d'un groupe algébrique simple connecté avec des valeurs dans un certain corps, n'a pas non plus une paire BN. Néanmoins, la plupart des auteurs le comptent comme une sorte de groupe de type Lie honoraire.
Groupes de Ree ²G2(3)
Simplicité
Simple pour n>1. Le groupe 2G2(3) est non simple, mais son groupe dérivé 2G2(3)′ est un sous-groupe simple d'index 3.
Ordre
q³ (q³+1) (q−1) où q = 3
Multiplicateur de Schur
Trivial pour n>1.
Groupe d'automorphisme extérieur
1·f·1 où f = 2n+1.
Autres noms
Ree(3), R(3).
Isomorphismes
Le groupe dérivé 2G2(3)′ est isomorphe à A1(8).
Remarques
2G2(32n+1) possède une représentation de permutation doublement transitive sur 3 + 1 points et agit sur un espace vectoriel à 7 dimensions sur le corps avec 3 éléments.
Groupes sporadiques
Groupes de Mathieu
Groupe de Mathieu M11
Ordre
2 · 3² · 5 · 11=7 920
Multiplicateur de Schur
Trivial.
Groupe d'automorphisme extérieur
Trivial.
Remarques
Un groupe de permutation 4-transitif sur 11 points, et le point stabilisateur dans M12. Le sous-groupe fixant un point est quelquefois appelé M10, et possède un sous-groupe d'index 2 isomorphe au groupe alternéA6.
Groupe de Mathieu M12
Ordre
2 · 3³ · 5 · 11 = 95 040
Multiplicateur de Schur
Ordre 2.
Groupe d'automorphisme extérieur
Ordre 2.
Remarques
Un groupe de permutation 5-transitif sur 12 points.
Groupe de Mathieu M22
Ordre
2 · 3² · 5 · 7 · 11 = 443 520
Multiplicateur de Schur
Cyclique d'ordre 12. Il y a eu plusieurs erreurs dans les calculs initiaux du multiplicateur de Schur, ainsi certains livres et articles anciens listent des valeurs incorrectes.
Groupe d'automorphisme extérieur
Ordre 2.
Remarques
Un groupe de permutation 3-transitif sur 22 points.
Groupe de Mathieu M23
Ordre
2 · 3² · 5 · 7 · 11 · 23 = 10 200 960
Multiplicateur de Schur
Trivial.
Groupe d'automorphisme extérieur
Trivial.
Remarques
Un groupe de permutation 4-transitif sur 23 points, contenu dans M24.
Groupe de Mathieu M24
Ordre
2 · 3³ · 5 · 7 · 11 · 23 = 244823040
Multiplicateur de Schur
Trivial.
Groupe d'automorphisme extérieur
Trivial.
Remarques
Un groupe de permutation 5-transitif sur 24 points.
Groupes du réseau de Leech
Groupe de Janko J2
Ordre
2 · 3³ · 5² · 7 = 604 800
Multiplicateur de Schur
Ordre 2.
Groupe d'automorphisme extérieur
Ordre 2.
Autres noms
Groupe de Hall-Janko, HJ
Remarques
C'est le groupe d'automorphisme d'un graphe de rang 3 sur 100 points, et est aussi contenu dans G2(4).
Le groupe Monstre est le groupe d'automorphisme de l'algèbre de Griess à 196884 dimensions et de l'algèbre vertex monstre, il agit naturellement sur l'algèbre de Lie Monstre. Il contient quasiment tous les autres groupes sporadiques, à part 6 groupes sporadiques que l'on nomme parias. Il est relié à la conjectureMonstrous Moonshine.
Parias
Groupe de Janko J1
Ordre
2³ · 3 · 5 · 7 · 11 · 19 = 175 560
Multiplicateur de Schur
Trivial.
Groupe d'automorphisme extérieur
Trivial.
Autres noms
J(1), J(11)
Remarques
C'est un sous-groupe de G2(11), et donc possède une représentation à 7 dimensions sur le corps à 11 éléments.
Groupe de Janko J3
Ordre
2 · 3 · 5 · 17 · 19 = 50 232 960
Multiplicateur de Schur
Ordre 3.
Groupe d'automorphisme extérieur
Ordre 2.
Autres noms
Groupe de Higman-Janko-McKay, HJM
Remarques
J3 semble ne pas être relié à un quelconque groupe sporadique (ou à quoi que ce soit d'autre). Sa triple couverture possède une représentation à 9 dimensions sur le corps à 4 éléments.
Possède une représentation à 111 dimensions sur Z/5Z, le corps des congruences modulo 5.
Liste par ordre croissant
La liste suivant recense les groupes simples finis non-cycliques d'ordre inférieur à 10 000. Les groupes cycliques ne sont pas inclus dans cette liste dans la mesure où toutgroupe cyclique d'ordre p est simple dès que p est premier, ce qui est le cas pour 1 229 nombres inférieurs à 10 000.