85681 (Классификация групп с перестановочными обобщенно максимальными подгруппами), страница 6

б) Одна из подгрупп , является нильпотентной, а другая - группой Шмидта.

Пусть например, - группа Шмидта и - нильпотентная подгруппа. Из следствия следует, что - группа простого порядка , - циклическая группа и максимальная подгруппа из нормальна в . Так как - нильпотентная группа, то . Из того, что следует, что - нормальная подгруппа в группе . Значит, ввиду леммы Error: Reference source not found, - нормальная максимальная подгруппа в группе и поэтому . Следовательно, - группа простого порядка .

Из того, что - нильпотентная подгруппа и - циклическая группа следует, что - нормальная подгруппа в . Следовательно, - нормальная подгруппа в группе , т.е. - группа типа (7).

2. Предположим теперь, что - ненильпотентная группа.

Из следствия следует, что , где - группа простого порядка и - циклическая группа, которая не является нормальной в группе , но максимальная подгруппа из нормальна в . Так как - характеристическая подгруппа в и - нормальная подгруппа в , то - нормальная подгруппа в . Из того, что - нормальная максимальная подгруппа в группе , следует, что - группа простого порядка .

Покажем теперь, что - нормальная подгруппа в группе . Так как , то - -максимальная подгруппа группы . Пусть - -максимальная подгруппа группы . Тогда - -максимальная подгруппа группы для любого . По условию - подгруппа группы . Поскольку порядок

делит , то . Таким образом для любого , т.е. . Так как - нормальная подгруппа в группе , то , и поэтому . Отсюда получаем, что - нормальная подгруппа в группе . Поскольку - -максимальная подгруппа, то согласно следствия, - нильпотентная группа, и поэтому . Это означает, что - нормальная подгруппа в группе . Таким образом, группа является группой типа (7).

Итак, - группа одного из типов (1) - (7) теоремы.

Достаточность. Покажем, что в группе каждая -максимальная подгруппа перестановочна со всеми -максимальными подгруппами группы .

Пусть - группа типа (1) или (2). Ввиду леммы Error: Reference source not found, в группе каждая -максимальная подгруппа перестановочна со всеми -максимальными подгруппами группы .

Пусть - группа типа (3). Тогда и , где - группа простого порядка , - нециклическая группа и все ее максимальные подгруппы, отличные от , цикличны. Пусть .

Так как , то , и поэтому в группе существует нильпотентная максимальная подгруппа, индекс которой равен . Пусть - произвольная нильпотентная максимальная подгруппа группы с индексом . Тогда . Так как - максимальная подгруппа группы , то - нормальная подгруппа в , и следовательно,

Значит, - единственная нильпотентная максимальная подгруппа, индекс которой равен .

Пусть - произвольная максимальная подгруппа в и - максимальная подгруппа в . Пусть - произвольная максимальная подгруппа в , - максимальная подгруппа в , - максимальная подгруппа в .

1. Если и - нильпотентные подгруппы группы индекса , то . Так как - максимальная подгруппа группы , то - нормальная подгруппа в , и следовательно, перестановочна с .

2. Предположим, что является ненильпотентной подгруппой. Так как , то . Из того, что , следует, что - циклическая подгруппа. Так как , то - максимальная подгруппа группы , и поэтому - нормальная подгруппа в группе . Из того, что , следует, что . Следовательно, - нильпотентная максимальная подгруппа группы , индекс которой равен . Если - максимальная подгруппа группы такая, что , то - -подгруппа, и поэтому - нильпотентная подгруппа. Пусть - произвольная максимльная подгруппа группы , индекс которой равен . Так как , то . Следовательно, для некоторого мы имеем . Без ограничения общности можно полагать, что . Так как - максимальная подгруппа циклической группы , то , и поэтому - нильпотентная максимальная подгруппа. Следовательно, - группа Шмидта. Значит, и поэтому , где - циклическая -подгруппа.

Если , то . Так как - подгруппа циклической группы , то . Из того, что - максимальная подгруппа группы , следует, что - нормальная подгруппа в . Отсюда следует, что - нормальная подгруппа в группе и поэтому . Это означает, что подгруппа перестановочна со всеми 2-максимальными подгруппами группы .

Если , то - подгруппа циклической группы и поэтому - нормальная подгруппа в . Так как группа нильпотентна, то - нормальная подгруппа в . Отсюда следует, что - нормальная подгруппа в и поэтому перестановочна со всеми 2-максимальными подгруппами группы .

3. Предположим теперь, что - нильпотентная группа, такая что , и не является нильпотентнай подгруппой. Тогда . Рассуждая как выше видим, что - группа Шмидта. Так как , то имеет вид

,

где - циклическая -группа.

Если , то . Но - подгруппа циклической группы и поэтому . Из того, что - максимальная подгруппа группы , следует, что - нормальная подгруппа в . Отсюда следует, что - нормальная подгруппа в группе и поэтому мы имеем , что влечет перестановочность подгруппы со всеми -максимальными подгруппами группы , в частности с .

Если , то подгруппа содержится в некоторой силовской -подгруппе группы . Так как - максимальная подгруппа группы , то и поэтому . Следовательно, - максимальная подгруппа группы . Значит, - нормальная подгруппа в . Так как - нильпотентная группа, такая что , то . Ясно, что - нормальная подгруппа группы . Если , то имеет вид . Так как , то имеет место и поэтому

.

Это означает, что подгруппы и перестановочны. Если , то и поэтому . Следовательно, подгруппы и перестановочны.

4. Если , то подгруппа является максимальной подгруппой группы индекса и - 2-максимальная подгруппа в . Но подгруппы такого вида уже изучены.

5. Если , то подгруппа является максимальной подгруппой группы с индексом и - максимальная подгруппа группы . Но как мы уже знаем, максимальные подгруппы группы перестановочны со всеми -максимальными подгруппами группы .

Это означает, что в любом случае перестановочна со всеми -максимальными подгруппами группы .

Легко видеть, что в группе типа (4) каждая -максимальная подгруппа группы перестановочна со всеми -максимальными подгруппами группы .

Пусть - группа типа (5). Легко видеть, что в группе все -максимальные подгруппы группы нормальны в группе . Таким образом, каждая -максимальная подгруппа группы перестановочна со всеми -максимальными подгруппами группы .

Пусть - группа типа (6). Пусть - максимальная подгруппа группы . Понятно, что либо , либо , где . Отсюда следует, что - единственная неединичная -максимальная подгруппа группы . Так как , то - нормальная подгруппа в группе , и поэтому подгруппа перестановочна со всеми -максимальнаыми подгруппами группы .

Пусть - группа типа (7). Тогда , где - подгруппа группы простого порядка , - подгруппа группы простого порядка и - циклическая -подгруппа группы , которая не является нормальной подгруппой в группе , но максимальная подгруппа группы нормальна в . Покажем, что в группе любая -максимальная подгруппа группы перестановочна со всеми -максимальными подгруппами группы . Предположим, что данное утверждение не верно, и пусть - контрпример минимального порядка.

Предположим, что . Пусть - -максимальная подгруппа группы . Понятно, что - нормальная подгруппа группы . Следовательно, перестановочна с любой -максимальной подгруппой группы . Полученное противоречие с выбором группы показывает, что .

Пусть - подгруппа группы с индексом . Так как , то - неединичная подгруппа группы . Ясно, что - нормальная подгруппа группы . Факторгруппа имеет вид , где - силовская подгруппа порядка , - силовская подгруппа порядка , - циклическая силовская -подгруппа, которая не является нормальной подгруппой в , но максимальная подгруппа группы нормальна в группе . Поскольку , то и поэтому по выбору группы мы заключаем, что любая -максимальная подгруппа группы перестановочна со всеми -максимальными подгруппами группы . Пусть - произвольная -максимальная подгруппа группы и - -максимальная подгруппа группы . Понятно, что и . Отсюда следует, что - -максимальная подгруппа группы и - -максимальная подгруппа группы , и поэтому

Следовательно, подгруппы и перестановочны. Полученное противоречие с выбором группы заканчивает доказательство теоремы.

Если в группе любая ее -максимальная подгруппа перестановочна со всеми -максимальными подгруппами группы и , то - нильпотентная группа.

Классы групп типов (1) -(7), очевидно, попарно не пересекаются. Покажем, что все это классы не пусты. Но фактически мы должны установить это лишь для классов (2), (3), (5) - (7).

Хорошо известно, что в группе автоморфизмов группы кватернионов имеется элемент порядка . Пусть . Тогда принадлежит типу (2). Действительно, пусть - единственная подгруппа порядка 2 группы . Тогда и поэтому . Понятно, что - главный фактор группы и кроме того, . Таким образом, - максимальная подгруппа группы и все максимальные в подгруппы, индекс которых делится на 2, сопряжены с . Следовательно, - группа Шмидта.

Пусть

и - группа порядка 7. Ввиду леммы Error: Reference source not found, - абелева группа порядка 9. Поскольку изоморфна некоторой подгруппе порядка 3 из группы автоморфизмов , то - группа операторов для с . Пусть . Ясно, что - -максимальная подгруппа группы и не является нормальной подгруппой группы . Легко проверить, что все максимальные подгруппы группы , отличные от , цикличны и не являются нормальными подгруппами группы и поэтому - группа типа (3).

Пусть теперь и - такие простые числа, что делит . Тогда если - группа порядка , то в группе ее автоморфизмов имеется подгруппа порядка . Пусть , где - группа порядка . Тогда - группа операторов для с и поэтому группа принадлежит типу (3).