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¿Cuál es la menor $n$ para que el habitual "el cálculo de los tamaños de las clases conjugacy" la prueba de la sencillez falla por $A_n$?

Común de la prueba de la sencillez de $A_5$ procede de la siguiente manera.

En primer lugar, tenga en cuenta que un subgrupo normal es siempre una unión de clases conjugacy. Además, un subgrupo de orden dividiendo el tamaño del grupo, del teorema de Lagrange. Cualquier subgrupo normal contendrá la clase conjugacy con la identidad. Ahora bien, si nos fijamos en los sindicatos de clases conjugacy de $A_5$ donde se incluyen los $\{(1)\}$ en la unión, sólo hay dos casos en los que el tamaño de la unión divide el orden de $A_5$. Estos son los casos en donde la unión de todos los de $A_5$ o sólo $\{(1)\}$. Por lo tanto $A_5$ debe ser simple.

Esta misma prueba también funciona para $A_6$. Pero, en general, no se deduce de la simplicidad de $A_n$ $n \geq 5$ con la misma prueba. De acuerdo a este artículo resulta que por ejemplo, $1 + \frac{n(n-1)(n-2)}{3}$ divide $n!/2$ al $n = 68$. Tenga en cuenta que $\frac{n(n-1)(n-2)}{3}$ es el tamaño de la clase conjugacy de $3$-ciclos en $A_n$ al $n \geq 5$.

Pregunta: Es $n = 68$ el menor entero positivo que la prueba falla? En el artículo dicen que "parece ser el más pequeño contraejemplo". Sin embargo, el conteo de todas las posibles sumas de clases conjugacy de $A_n$ se vuelve computacionalmente difícil muy rápidamente (como se indica en el artículo). Por lo tanto demostrando realmente, esto podría ser difícil.

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ccpizza Puntos 2653

Me encontré con un pequeño magma programa y resulta que la respuesta es $n=9$, cuando de pronto 14 de soluciones (en la parte superior de los dos habituales trivial).

Para cada uno de estos, el número de no-trivial conjugacy clases involucradas es de entre 7 y 10 (de un total de 17) y el número de elementos que intervienen es la mitad o un tercio de todos los elementos.

Por ejemplo, $A_9$ ha

1 elemento de identidad

378 elementos con forma de $(2^2)$

945 elementos con forma de $(2^4)$

2240 elementos con forma de $(3^3)$

7560 elementos con forma de $(4,2)$

11340 elementos con forma de $(4^2)$

25920 elementos con forma de $(7)$

24192 elementos con forma de $(5,3)$, cayendo en dos clases conjugacy de tamaño 12096 cada uno (podemos seleccionar solo uno de estos)

para un total de 60480, que es un tercio de la orden de $A_9$.

EDITAR: Hice una rápida revisión, e incluso hay más soluciones para $n=10$. Para investigar más, yo tendría que escribir mi programa más inteligentemente, ya que se ejecuta fuera de la memoria en el momento, pero mi conjetura es que siempre hay solución para $n\geq 9$, mientras que el número de subconjuntos de clases conjugacy crece muy rápidamente.

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