Geometric and combinatorial aspects of Thompson's group T

Sur la géométrie et la combinatoire du groupe T de Thompson

Ariadna Fossas (1)

1 IF - Institut Fourier

This PhD thesis is concerned with Thompson's group T. This infinite, finitely presented, simple group is usually seen as a subgroup of the group of dyadic, piecewise linear, orientation-preserving homeomorphisms of the unit circle (piecewise linear T). However, T can also be identified to: 1.- a group of equivalence classes of balanced pairs of finite binary trees (combinatorial T), 2.- a subgroup of piecewise PSL(2,Z), orientation-preserving homeomorphisms of the projective real line (piecewise projective T), and 3.- the asymptotic mapping class group of a fattened complete trivalent tree in the hyperbolic plane (modular T). The first result shows that the canonical copy of PSL(2,Z) obtained from the piecewise projective T is a non-distorted subgroup of T. For this, one carries over this subgroup to obtain a characterization into combinatorial T, from which the word length of its elements can be estimated. Then, non-distortion follows from the metric properties of T established by Burillo-Cleary-Stein-Taback. As a corollary, T has non-distorted subgroups isomorphic to the free non-abelian group of rank 2. Furthermore, PSL(2,Z) is also explicitly given in the piecewise linear form.The second result uses modular T to state that there are exactly f(n) conjugacy classes of elements of order n, where f is the Euler function. Given a torsion element t of T of order n, a dyadic triangulation of the Poincaré disc which is invariant under the action of t modulo a convex polygon with n sides is found.The third result constructs a minimal simply-connected contractible cellular complex C on which the group T acts by automorphisms. The automorphism group of C is essentially T itself (strictly speaking it is an extension of T by the group of order 2). The cellular complex C can be seen as a generalization of Stasheff's associahedra for an infinitely sided convex polygon. The action of T on C is transitive on vertices and edges and, plus generally, on associahedral type cells in all dimensions.The final part deals with the first steps of a research project. One uses the geometric interpretation of the 1-skeleton of C in term of dyadic triangulations of the Poincaré disc to define a geometric boundary at infinity. Although the 1-skeleton of C is proved not to be hyperbolic, the construction imitates Gromov's construction of the boundary of hyperbolic spaces, and allows the description of the nature of some of the boundary points.

Cette thèse concerne le groupe T de Thompson. Ce groupe simple infini et finiment présenté est généralement vu comme un sous-groupe du groupe des homéomorphismes dyadiques du cercle unité qui sont linéaires par morceaux et préservent l'orientation («T linéaire par morceaux»). Cependant, T peut aussi être vu comme: 1.- le groupe des classes d'équivalence des paires équilibrées d'arbres binaires finis («T combinatoire»), 2.- un sous-groupe du groupe des homéomorphismes de la droite projective réelle qui préservent l'orientation et sont «PSL(2,Z) par morceaux» («T projectif par morceaux»), et 3.- le groupe modulaire asymptotique de l'épaissi, dans le plan hyperbolique, de l'arbre régulier de valence 3 («T modulaire»).On montre d'abord que la copie canonique de PSL(2,Z) obtenue à partir de «T projectif par morceaux» est un sous-groupe non distordu de T. Pour cela, on transporte ce sous-groupe pour obtenir une caractérisation dans le «T combinatoire», ce qui permet d'estimer la longueur des mots de ses éléments. La non-distorsion est alors une conséquence des propriétés métriques de T établies par Burillo-Cleary-Stein-Taback. Comme corollaire, T a des sous-groupes non distordus isomorphes au groupe libre engendré par deux éléments. Qui plus est, PSL(2,Z) est aussi donné explicitement sous forme «linéaire par morceaux».Le deuxième résultat utilise «T modulaire» pour prouver qu'il y a exactement f(n) classes de conjugaison d'éléments d'ordre n dans T, où f est l'indicatrice d'Euler. Étant donné un élément de torsion t de T d'ordre n, on trouve une triangulation du disque de Poincaré qui est invariante sous l'action de T sauf dans un polygone convexe à n côtés. On construit ensuite un complexe cellulaire C contractile et simplement connexe sur lequel le groupe T agit par automorphismes, et qui est minimal pour ces propriétés. Le groupe d'automorphismes de C est essentiellement T lui même (c'est une extension de T par le groupe d'ordre 2). Ce complexe cellulaire peut être vu comme une généralisation des associaèdres deStasheff dans le cas d'un polygone convexe à une infinité de côtés. L'action de T sur C est transitive sur les arêtes et les sommets, et plus généralement, sur les cellules «de type associaèdre» de toute dimension.La partie finale décrit les premières étapes d'un programme de recherche. On utilise l'interprétation géométrique du 1-squelette de C en termes de triangulations dyadiques du disque de Poincaré pour définir un bord géométrique à l'infini. Bien qu'on ait prouvé auparavant que le 1-squelette de C n'est pas hyperbolique, la construction s'inspire de celle de Gromov et permet la description de certains points du bord.

Mots clés: Thompson groups; Group theory; Thurston's classification; Braided groups; Decomposition complexes

Mots clés: Groupes de Thompson; Théorie des groupes; Théorie de classification de Thusrton; Groupes tressés; Complexes de décomposition

Domaines: Théorie des groupes [math.GR]; Topologie géométrique [math.GT]

Ariadna Fossas. Sur la géométrie et la combinatoire du groupe T de Thompson. Théorie des groupes [math.GR]. Université de Grenoble; Universitat politècnica de Catalunya - BarcelonaTech, 2012. Français. ⟨NNT : 2012GRENM104⟩. ⟨tel-01547823⟩