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titre: Problèmes algorithmiques en théorie des groupes infinis
resumé:
Malgré le titre très général, il s'agira uniquement de problèmes concernant les sous-groupes de groupes infinis, et même juste les sous-groupes de groupes libres. Les résultats et méthodes que je présenterai sont issus de près de 40 ans de littérature et sont dûs à un grand nombre d'auteurs.

Je commencerai par poser le paysage, y compris pour ceux qui ne savent plus ce qu'est le groupe libre -- où l'on verra qu'on est, du point de vue algorithmique, dans une variante de la combinatoire des mots. Je présenterai ensuite l'outil central de la plupart des algorithmes efficaces sur les sous-groupes du groupe libre : la représentation de chaque sous-groupe finiment engendré par un graphe étiqueté et enraciné (disons : d'un automate :-)…) unique et facilement calculable à partir d'un ensemble de générateurs du sous-groupe considéré, qu'on appelle le graphe de Stallings.

Le jeu consiste ensuite à traduire les problèmes algorithmiques sur les sous-groupes en problèmes algorithmiques sur les graphes de Stallings, et à résoudre ces problèmes de la façon la plus efficace possible.

On considèrera notamment les problèmes suivants -- bon, juste le début de cette longue liste.
- Le problème du mot généralisé : étant donnés k+1 éléments du groupe libre (ce sont des mots), le dernier appartient-il au sous-groupe engendré par les k premiers ?
- Le problème de l'indice : étant donné un tuple d'éléments du groupe libre, le sous-groupe qu'ils engendrent est-il d'indice fini ?
- Le problème de la base : étant donné un tuple d'éléments du groupe libre, trouver le rang, et une base du sous-groupe qu'ils engendrent.
- Le problème de l'intersection : étant donnés deux tuples d'éléments du groupe libre, calculer l'intersection des sous-groupes qu'ils engendrent (ou calculer une base de cette intersection).
- Le problème de la conjugaison : étant donnés deux tuples d'éléments du groupe libre, engendrent-ils le même sous-groupe ? deux sous-groupes conjugués ?
- Et de nombreux autres problèmes (mots clés : minimalité de Whitehead, facteur libre, malnormalité, clôture par radical, clôture au sens de la topologie pro-p, etc…)


title: Algorithmic problems in the theory of infinite groups
abstract:
In spite of the very general title, we will talk only about problems on subgroups of infinite groups, and in fact, only on subgroups of free groups . The results and methods I will present have been obtained over the past 40 years and are due to many researchers.

I will start by setting the landscape, including for those who forgot what the free group is --- and we will see that we are dealing here, from the algorithmic point of view, with a variant of combinatorics on words. I will then present the tool that is central to most efficient algorithms on subgroups of free groups: the representation of each finitely generated subgroup by a labeled rooted graph (shall we say… an automaton?) which is unique and easily computable when a tuple of generators of the subgroup under consideration is given. This graph is called the Stallings graph.

The game consists, then, in translating algorithmic problems on subgroups into algorithmic problems on Stallings graphs, and in solving these problems as efficiently as possible.

We will discuss in particular the following problems (clearly: just the beginning of this long list).
- The generalized word problem: given k+1 elements of the free group (these are words), does the last one belong to the subgroup generated by the k first ones?
- The index problem: given a tuple of elements of the free group, does the subgroup they generate have finite index?
- The basis problem: given a tuple of elements of the free group, find the rank and a basis of the subgroup they generate.
- The intersection problem: given two tuples of elements of the free group, compute the intersection of the subgroups they generate (compute a basis of this intersection).
- The conjugacy problem: given two tuples of elements of the free group, are the subgroups they generate equal? conjugated?
- And many other problems (keywords: Whitehead minimality, free factors, malnormality, closure under radicals, closure in the sense of the pro-p topology, etc…)