Кіріспе

Топтың жай сан реттік элементтерінің болуы, Аугустин Луи Кошиге жатқызылған басқа теоремалар. Математикада, әсіресе топтар теориясында, Коши теоремасы былай гласит: егер G – шекті топ болса және p – G тобының ретін бөлетін жай сан болса (G тобындағы элементтер саны), онда G тобында p реттік элемент болады. Яғни, G тобында x элементі бар, онда p – xp = e теңдігі орындалатын ең кіші оң бүтін сан, мұнда e – G тобының бейтарап элементі. Бұл теореманы 1845 жылы ашқан Аугустин Луи Кошидің есімімен аталады. Теорема Лагранж теоремасының кері теоремасы болып табылады, ол G шекті тобының кез келген кіші тобының реті G тобының ретін бөледі деп мәлімдейді. Жалпы алғанда, G тобының ретінің кез келген бөлгіші Коши теоремасы бойынша кіші топтың реті ретінде туындамайды. Коши теоремасының кез келген жай бөлгіші p үшін, G тобында p реттік кіші топ болады – Коши теоремасындағы элементпен құрылған циклдік топ. Коши теоремасы Сайлоудың бірінші теоремасымен жалпыланады, ол G тобының ретін бөлетін p-нің ең жоғары дәрежесі pn болса, онда G тобында pn реттік кіші топ бар (және p-тобы шешілетін болғандықтан, G тобында kез келген r ≤ n үшін pr реттік кіші топтар бар екенін көрсетуге болады).

Айғақ және дәлелдеме

Көптеген мәтіндер теореманы күшті индукция және сынып теңдеуін пайдалана отырып дәлелдейді, бірақ абельдік жағдайда теореманы дәлелдеу үшін әлдеқайда аз құралдар қажет. Дәлелдеу үшін топтық әрекеттерді де қолдануға болады.

1-ші дәлел

Біз алдымен G абельдік болғандағы ерекше жағдайды дәлелдейміз, содан кейін жалпы жағдайды; екі дәлел де n = |G| бойынша индукция арқылы жүзеге асырылады, ал бастапқы жағдай n = p, себебі кез келген бірлік емес элементтің тәртібі p-ге тең болғандықтан тривиальды. Біріншіден, G абельдік деп есептейік. Бірлік емес элементті a деп алып, одан туындайтын H циклілік тобын қарастырайық. Егер p |H|-ді бөлсе, онда a|H|/p тәртібі p-ге тең элемент болады. Егер p |H|-ді бөлмесе, онда ол G/H гомоморфтық тобының [G:H] ретін бөледі, сондықтан индукциялық гипотеза бойынша p тәртібі бар элемент бар. Бұл элемент G-дегі кейбір x үшін xH классы болып табылады, егер m G-дегі x тәртібі болса, онда xm = e G-де (xH)m = eH болады, сондықтан p m-ді бөледі; бұрынғыдай, xm/p енді G-де p тәртібі бар элемент, абельдік жағдайды дәлелдеуді аяқтайды. Жалпы жағдайда, Z – G центрі, ол абельдік кіші топ болсын. Егер p |Z|-ді бөлсе, онда Z-де абельдік топтар жағдайы бойынша p тәртібі бар элемент бар, және бұл элемент G үшін де жарамды. Сондықтан, p Z тәртібін бөлмейді деп есептейік. p |G|-ді бөледі, және G – Z және орталық емес элементтердің конъюгациялық сыныптарының ажыратылған біріндісі болғандықтан, орталық емес элементтің конъюгациялық класы бар, оның мөлшері p-ге бөлінбейді. Бірақ сынып теңдеуі бұл мөлшері [G : CG(a)] екенін көрсетеді, сондықтан p G-дегі a-ның централизаторы CG(a) тәртібін бөледі, ол a орталық емес болғандықтан дұрыс кіші топ. Бұл кіші топта индукциялық гипотеза бойынша p тәртібі бар элемент бар, және дәлел аяқталды.

Қолданбалар

Коши теоремасы барлық элементарлы абельдік топтардың (бейімдеусіз элементтерінің бәрі бірдей, шекті реттегі топтардың) шамамен жіктелуін көрсетеді. Егер осындай топ болса және реттегі болса, онда жас сан болуы керек, әйтпесе Коши теоремасын туындыратын (шекті) топтың ішіндегі элементке қолданғанда, -тан кішкентай ретті элемент шығады. Сонымен қатар, тобының әрбір шекті ішкі тобының реті санының дәрежесі болады (егер ол шекті болса, өзінің дәрежесі де осыған жатады). Бұл аргумент p-топтарына да қатысты, онда әрбір элементтің реті санының дәрежесі болады (бірақ барлық реттер бірдей болуы міндетті емес). Коши теоремасының абельдік жағдайын Силоу теоремаларының бірінші теоремасын индуктивті түрде дәлелдеу үшін, жоғарыдағы бірінші дәлелге ұқсас қолдануға болады, бірақ бұл ерекше жағдайды жеке қарастырмайтын дәлелдер де бар.