(3) Группа имеет единственную минимальную нормальную подгруппу и , где - такая максимальная в подгруппа, что .

Пусть - произвольная минимальная нормальная подгруппа группы . Так как ввиду леммы Error: Reference source not found, класс всех разрешимых групп c -длиной образует насыщенную формацию, то - единственная минимальная нормальная подгруппа в , причем . Пусть - максимальная подгруппа группы такая, что . Ясно, что . Поскольку - единственная минимальная нормальная подгруппа в , то .

(4) - разрешимая группа.

Допустим, что - неразрешимая группа. Тогда и по выбору группы мы заключаем, что - прямое произведение изоморфных простых неабелевых групп. Кроме того, и единичная подгруппа не содержится среди -максимальных подгрупп группы .

Пусть - произвольная -максимальная подгруппа, содержащаяся в . Используя приведенные выше рассуждения, видим, что . Следовательно, порядок любой -максимальной подгруппы группы , содержащейся в , равен простому числу. Ввиду леммы Error: Reference source not found, - разрешимая группа. Пусть - максимальная подгруппа группы , содержащая . Так - простое число, то либо , либо . Пусть имеет место первый случай. Тогда , и поскольку - простое число, то - максимальная подгруппа группы . Из того, что индекс равен простому числу, следует, что - максимальная подгруппа группы и поэтому - -максимальная подгруппа в . Так как - неабелевая подгруппа, то в ней существует неединичная максимальная подгруппа . Понятно, что - -максимальная подгруппа в и поэтому по условию перестановочна с . В таком случае, . Но - собственная подгруппа в и поэтому . Это противоречие показывает, что . Следовательно, . Поскольку - простое число, то - максимальная подгруппа в . Из того, что группа есть прямое произведение изоморфных простых неабелевых групп, следует, что в имеется неединичная -максимальная подгруппа . Тогда -максимальна в и следовательно, . Таким образом . Это влечет . Полученное противоречие показывает, что - разрешимая группа.

(5) Заключительное противоречие.

Из (3) и (4) следует, что - элементарная абелева -группа для некоторого простого числа и поэтому . Покажем, что делит . Если не делит , то - -группа, и поэтому , что противоречит выбору группы . Итак, делит . Ввиду леммы Error: Reference source not found, .

Пусть - произвольная максимальная в подгруппа с индексом , где и . Тогда , где - силовская -подгруппа группы .

Предположим, что не является нормальной в подгруппой. Ясно, что - максимальная в подгруппа. Если - нормальная подгруппа в , то . Значит, не является нормальной подгруппой в . Пусть - произвольная максимальная подгруппа группы . Тогда - -максимальная в подгруппа и поэтому - -максимальная в подгруппа для любого . Поскольку по условию -перестановочна с подгруппой и , то перестановочна с подгруппой и поэтому . Ясно, что - -максимальная в подгруппа. Так как и не является нормальной подгруппой в , то и поэтому - нормальная погруппа в . Следовательно, - нормальная в подгруппа. Это влечет, что . Ввиду произвольного выбора , получаем, что каждая максимальная подгруппа группы нормальна в . Значит, - нильпотентная группа и любая максимальная подгруппа в нормальна в . Предположим, что . Поскольку и разрешима, то в группе существует минимальная нормальная -подгруппа , где . Так как - максимальная в подгруппа, то . Это влечет, что . Следовательно, группа обладает главным рядом

и поэтому . Полученное противоречие с выбором группы показывает, что . Пусть - такая максимальная подгруппа группы , что . Тогда . Это влечет , что противоречие тому, что .

Следовательно, - нормальная подгруппа в . Согласно лемме Error: Reference source not found, - -нильпотентная группа и поэтому . Ввиду произвольного выбора , получаем, что для любого и . Ясно, что , что противоречит . Теорема доказана.

3. Группы, в которых -максимальные подгруппы перестановочны с -максимальными подгруппами

Целью данного раздела является описание ненильпотентных групп, у которых каждая -максимальная подгруппа перестановочна со всеми -максимальными подгруппами.

Для доказательства основного результата данного раздела нам понадобится следующая лемма.

[3.1]. Пусть - группа Шмидта. Тогда в том и только том случае каждая 2-максимальная подгруппа группы перестановочна со всеми 3-максимальными подгруппами группы , когда группа имеет вид:

(1) - группа Миллера-Морено;

(2) , где - группа кватернионов порядка , - группа порядка .

Доказательство. Необходимость. Предположим, что - группа Шмидта, у которой каждая 2-максимальная подгруппа группы перестановочна со всеми 3-максимальными подгруппами группы . Докажем, что в этом случае, либо - группа Миллера-Морено, либо , где - группа кватернионов порядка и - группа порядка . Предположим, что это не так и пусть - контрпример минимального порядка.

Так как - группа Шмидта, то ввиду леммы Error: Reference source not found(I), , где - силовская -подгруппа в , - циклическая -подгруппа.

Покажем, что - группа простого порядка. Предположим, что это не так. Тогда в группе имеется собственная подгруппа простого порядка. Ввиду леммы Error: Reference source not found(IV), и, следовательно, - нормальная подгруппа в группе и - группа Шмидта.

Понятно, что в группе каждая 2-максимальная подгруппа группы перестановочна со всеми 3-максимальными подгруппами группы .

Поскольку , то и поэтому по выбору группы мы заключаем, что либо - группа Миллера-Морено, либо , где - группа кватернионов порядка и - группа порядка .

В первом случае - абелева подгруппа и, следовательно, - группа Миллера-Морено. Полученное противоречие с выбором группы показывает, что , где - группа кватернионов порядка и - группа порядка . Тогда , где - группа кватернионов порядка и - циклическая группа порядка . Пусть - такая максимальная подгруппа группы , что . Если , то . Поскольку - группа Шмидта, то нильпотентна, и поэтому . Это означает, что - нормальная подгруппа в группе . Полученное противоречие показывает, что . Следовательно, - максимальная подгруппа группы . Понятно, что - -максимальная подгруппа группы . Пусть - подгруппа группы с индексом . Ясно, что - -макимальная подгруппа группы . Так как по условию и перестановочны, то - подгруппа группы , индекс которой равен . Рассуждая как выше, видим, что - нормальная подгруппа группы . Полученное противоречие показывает, что - группа простого порядка.

Пусть - произвольная максимальная подгрупа в и - максимальная подгруппа в . Так как неабелева, то - неединичная подгруппа. Из того, что - максимальная подгруппа в , следует, что - 3-максимальная подгруппа в .

Ввиду леммы (II), - максимальная подгруппа в . Рассмотрим максимальную в подгруппу , такую что . Тогда

и - 2-максимальная подгруппа в . По условию подгруппы и перестановочны. Если , то используя лемму (V), имеем

Из того, что получаем, что порядок делит . Поскольку , то полученное противоречие показывает, что - собственная подгруппа группы . Следовательно, нильпотентна, и поэтому

Значит, либо - максимальная подгруппа в , либо . В первом случае получаем, что является единственной максимальной подгруппой в . Это означает, что - циклическая подгруппа, что противоречит выбору группы . Следовательно, первый случай невозможен. Итак, . Ввиду произвольного выбора получаем, что - единственная -максимальная подгруппа в группе . Из теоремы Error: Reference source not found следует, что - либо циклическая группа, либо группа кватернионов порядка . Так как первый случай очевидно невозможен, то - группа кватернионов порядка . Поскольку подгруппа изоморфна погруппе группы автоморфизмов , то . Полученное противоречие с выбором группы доказывает, что либо - группа Миллера-Морена, либо , где - группа кватернионов порядка и - группа порядка .

Достаточность очевидна. Лемма доказана.

Error: Reference source not found. В ненильпотентной группе каждая -максимальная подгруппа группы перестановочна со всеми -максимальными подгруппами группы тогда и только тогда, когда группа имеет вид:

(1) - группа Миллера-Морена;