Определение. Группа, составленная положительными и отрицательными степенями одного элемента , называется циклической группой.
Говорят, что элемент порождает эту группу. Очевидно, что элемент
также можно считать порождающим элементом.
Определение. Группа называется бесконечной (свободной) циклической, если элементы все попарно различны.
Определение. Группы и
называются изоморфными, если между ними можно установить такое взаимно однозначное соответствие, при котором для любых двух элементов
и
из
и соответствующих им элементов
и
из
произведению
соответствует произведение
.
Примером свободной циклической группы является группа целых чисел относительно сложения. Любая свободная циклическая группа ей изоморфна, изоморфизм задается соответствием , так как при умножении степеней элемента
показатели степени складываются.
Однако среди элементов циклической группы могут встречаться одинаковые. Если , то
, так что в этом случае некоторая степень с натуральным показателем порождающего элемента равна 1.
Определение. Порядком элемента
называется наименьший показатель степени такой, что
.
Если порядок равен числу , то среди элементов
нет равных. Предположим, что
,
. Тогда
, причем
, т. е. порядок элемента равен
и он меньше
. Всякий элемент
равен одному из элементов
, а именно
, где
- остаток от деления
на
. Таким образом, порядок группы, порожденной элементом порядка
, также равен
.
Пусть - данная группа. Любой ее элемент порождает некоторую циклическую подгруппу. Если
- конечная группа, то и все ее циклические подгруппы конечны. Порядок группы делится на порядок любой ее подгруппы, в частности, и на порядок любой циклической подгруппы. Этот порядок равен порядку порождающего элемента. Поэтому верна теорема, которая является следствием из теоремы Лагранжа.
Теорема. Порядок конечной группы делится на порядок любого ее элемента.
Пусть - конечная группа порядка
и
- некоторый ее элемент порядка
. Тогда
,
и
. Отсюда вытекает следующее предложение.
Предложение. Любой элемент конечной группы при возведении в степень, равную порядку группы, дает единицу.