Определение 2.1.1. Конечная группа называется разрешимой, если обладает нормальным рядом с абелевыми факторами.
Поскольку при уплотнении нормального ряда с абелевыми факторами нормальными подгруппами получается нормальный ряд с абелевыми факторами, то определение конечной разрешимой группы можно сформулировать следующим образом.
Определение 2.1.2. Конечная группа называется разрешимой, если обладает главным рядом с абелевыми факторами.
Поскольку любой главный ряд группы можно уплотнить до композиционного ряда, а факторы композиционного ряда являются простыми группами (в частности, простая абелева группа — это в точности группа простого порядка), то определение конечной разрешимой группы можно сформулировать следующим образом.
Определение 2.1.3. Конечная группа называется разрешимой, если обладает композиционным рядом с факторами простого порядка.
Рассмотрим еще один подход к определению разрешимой группы, справедливый и для бесконечных групп. Для этого рассмотрим определение ряда коммутантов группы, а также свойства -го коммутанта группы.
Определение 2.1.4. Ряд коммутантов группы определяется следующим образом: (1).
Замечание 2.1.1. Поскольку коммутант группы является ее нормальной подгруппой, то ряд (1) является нормальным.
Лемма 2.1.1 (Свойства k-го коммутанта группы). Пусть — группа, . Тогда:
1) для любого .
2) для любого .
3) Пусть . тогда и только тогда, когда и — абелева.
Определение 2.1.5. 1) Группа называется разрешимой, если для некоторого , то есть если ряд коммутантов группы обрывается на единичной подгруппе.
2) — множество всех разрешимых групп.
Теорема 2.1.1 (Свойства разрешимых групп).
1) Всякая подгруппа разрешимой группы является разрешимой.
2) Всякая факторгруппа разрешимой группы является разрешимой.
3) Если , , , то .
4) Если , , , то .
5) Если , , то — элементарная абелева -группа для некоторого .
6) Если , , то для некоторого .
7) Если , , то для некоторого , .
Доказательство. 1) Пусть , . Тогда , такой, что . Так как , то по лемме 1.2.1 , и значит, . Следовательно, для некоторого , поэтому .
2) Пусть , . Тогда , такой, что . Учитывая лемму 1.1(2), . Следовательно, .
3) Пусть , , . Тогда , такие, что и . По лемме 1.2.1 получаем, что и . Так как и , то и, согласно лемме 1.2.2, . Следовательно, .
4) Пусть , , . По теореме 1.2.1(1) . Так как , то по теореме 1.2.1(3) , и значит, можно рассматривать . По теореме 2.1.1(3) . Так как , то . Тогда по лемме 1.2.3 .
5) Пусть , . Так как — главный фактор группы , то по определению 2.1.1 — абелева. Поскольку , то по теореме 1.2.2
— характеристически простая группа, и по теореме 1.2.3 — прямое произведение изоморфных простых групп. Так как — абелева, то для некоторого , и значит, — элементарная абелева -группа по определению 1.1.1.
6) Пусть , . Тогда — простая абелева группа. Следовательно, , и значит, .
Теорема доказана.
Лемма 2.1.2. Нильпотентные группы разрешимы.
Доказательство. Пусть — нильпотентная группа и <· . По Следствию 1.2.4., подгруппа нормальна и | : | — простое число. По теореме 1.2.4.
≤ . Если теперь < · , то опять
, | : | — простое число и
≤ 0 ≤ . Пусть
= — каноническое разложение числа и = + +... + .
Тогда и — разрешимая группа ступени не выше . Лемма доказана.
Теорема 2.1.2. 1. Главные факторы разрешимой неединичной группы
являются элементарными абелевыми примарными группами.
2. Композиционные факторы разрешимой неединичной группы имеют простые порядки.
Доказательство. 1. Пусть — главный фактор группы . Тогда — минимальная нормальная подгруппа факторгруппы . Поэтому — элементарная абелева примарная группа по (1).
2. Пусть — композиционный фактор группы . Тогда K — наибольшая нормальная подгруппа в и — простая группа по теореме 1.2.5. Так как разрешима, то отлична от своего коммутанта, поэтому абелева и по теореме 1.2.6, имеет простой порядок.