(問題) a と b は群 G の元で、それぞれの位数を s,t とする。 〈a〉と〈b〉がともに G の正規部分群であり かつ s と t が互いに素ならば、 元 ab の位数は st である。
(解答例) 〈a〉∩〈b〉は 〈a〉と〈b〉の部分群であり、 その位数は、 ラグランジュの定理より、 s と t の約数です。 条件より、〈a〉∩〈b〉= {e} が得られます。
〈a〉と〈b〉がともに G の正規部分群なので、 次の (問題)より、 ab=ba となります。
したがって、ab の位数は a の位数 s と b の位数 t の積 st となります。 (確認)
(問題) 群 G の正規部分群 N と K に対して、 N ∩ K = {e} ならば、N の元と K の元は交換可能である。
(解答例) 任意の n ∈ N と k ∈ K に対して、元 n-1 k-1 nk を考えましょう。
(このような元を n と k の交換子と言います。)
N は正規部分群なので、n-1 (k-1 nk) ∈ N.
K は正規部分群なので、(n-1 k-1 n)k ∈ K.
よって、n-1 k-1 nk ∈ N ∩ K = {e} となります。
n-1 k-1 nk = e の両辺に左から kn をかけて、 nk=kn が得られます。