Cykliska grupper har bara cykliska delgrupper med deras delare som delgrupp
Hej! Det kanske bara inte är min dag idag. Men min lärobok skriver så här:
"En cyklisk grupp av ordning n har bara en delgrupp av varje ordning som delar n, och dessa delgrupper är cykliska"
Rent intuitivt så verkar det rimligt, men jag försöker förstå varför det är sant.
Är det någon som skulle kunna hjälpa mig att förstå varför? Tack!
Antag att är en (ändlig) cyklisk grupp av ordning , genererad av något element , så att . Låt vara en delare till .
1) har en delgrupp av ordning .
Bevis: Om , så kan man enkelt verifiera att är en cyklisk delgrupp av ordning . Om t.ex. och så är .
2) Delgruppen av ordning i 1) ovan är unik.
Bevis: Låt vara en godtycklig delgrupp av ordning . Vi visar att .
Eftersom är en delgrupp av en cyclisk grupp, så är cyklisk*. Specifikt är , där är det minsta positiva heltal sådant att .
Eftersom så är . Vi vet dock att , så . (Definitionen av ordning av ett gruppelement.)
På samma sätt så är det minsta positiva heltal sådant att , eftersom ordningen av är och genererar . Men eftersom så betyder detta att . Sammantaget betyder detta alltså att , dvs. . Alltså är .
*Sats. Låt vara en cyklisk (inte nödvändigtvis ändlig) grupp och en delgrupp. Då är cyklisk med där är det minsta positiva heltal sådant att .
Bevis. Om finns inget att visa, så antag att är icke-trivial. Eftersom så finns det något för vilket . Låt vara det minsta sådana talet.
i) : Detta följer direkt eftersom och är en delgrupp.
ii) : Låt vara godtyckligt. Eftersom är cyklisk måste för något heltal . Vi kan använda divisionsalgoritmen på med divisor vilken ger oss heltal och med och
.
Vi kan då skriva
.
Vi noterar nu att eftersom både och (och således även ) är element i , så måste även . Eftersom var det minsta positiva heltal för vilket , samt att från divisionen ovan, så finns det bara en möjlighet: . Så , och
.
Eftersom var godtyckligt visar detta att .
Sammantaget ger i) och ii) att , så är cyklisk.
Miljoner tack. Väldetaljerat bevis, stor eloge till dig för att du tog dig tid att skriva ihop det! Nu förstår jag.