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有限群的δ-置换子群

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高建玲, 毛月梅. 有限群的δ-置换子群[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2021, 43(10): 105-109. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2021.10.014
引用本文: 高建玲, 毛月梅. 有限群的δ-置换子群[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2021, 43(10): 105-109. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2021.10.014
GAO Jianling, MAO Yuemei. On δ-Permutable Subgroups of Finite Groups[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2021, 43(10): 105-109. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2021.10.014
Citation: GAO Jianling, MAO Yuemei. On δ-Permutable Subgroups of Finite Groups[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2021, 43(10): 105-109. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2021.10.014

有限群的δ-置换子群

  • 基金项目: 国家自然科学青年基金项目(11901364);山西省应用基础研究计划项目(201901D211439);山西省科技创新项目(2019L0747)
详细信息
    作者简介:

    高建玲,硕士,讲师,主要从事群论的研究 .

    通讯作者: 毛月梅,博士,副教授
  • 中图分类号: O152.1

On δ-Permutable Subgroups of Finite Groups

  • 摘要: 假定δ是有限群G的Sylow子群的完全集,即对每个|G|的素因子p,集合δ仅包含G的一个Sylow p-子群. 若群G的子群H置换δ中的所有元素,则称子群HGδ-置换. 利用准素数子群的δ-置换性研究了有限群的结构,得到了超可解群的若干新的判别准则.
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-08-20
  • 刊出日期:  2021-10-20

有限群的δ-置换子群

    通讯作者: 毛月梅,博士,副教授
    作者简介: 高建玲,硕士,讲师,主要从事群论的研究
  • 山西大同大学 数学与统计学院,山西 大同 037009
基金项目:  国家自然科学青年基金项目(11901364);山西省应用基础研究计划项目(201901D211439);山西省科技创新项目(2019L0747)

摘要: 假定δ是有限群G的Sylow子群的完全集,即对每个|G|的素因子p,集合δ仅包含G的一个Sylow p-子群. 若群G的子群H置换δ中的所有元素,则称子群HGδ-置换. 利用准素数子群的δ-置换性研究了有限群的结构,得到了超可解群的若干新的判别准则.

English Abstract

  • 开放科学(资源服务)标志码(OSID):

  • 本文所考虑的群皆为有限群. 用G表示群,p表示素数,π(G)表示|G|的所有素因子组成的集合,|G|p表示G的Sylow p-子群的阶. 对群系$\mathscr{F}$,用$Z_\mathscr{F}$(G)表示G的所有$\mathscr{F}$-超中心正规子群的积. 用$\mathscr{U}$表示全体超可解群组成的群系. 所有未说明的符号与术语都是标准的,可参看文献[1-2].

    有限群结构的确定是有限群研究的根本问题,这方面的研究已有许多结果,如文献[3-10]. 运用置换子群的性质是研究有限群结构的一个重要手段. 因此,置换子群的概念被很多学者多次推广. 其中,文献[6]引入了子群的δ-置换性:令集合δG的Sylow子群的完全集,即对每个pπ(G),集合δ仅包含G的一个Sylow p-子群,若群G的子群H置换δ中的所有元素,则称子群HGδ-置换. 并证明了:若$\mathscr{F}$为包含全体超可解群$\mathscr{U}$的饱和群系,下列两条等价:

    1) G$\mathscr{F}$

    2) 存在H$\trianglelefteq $G使得G/H$\mathscr{F}$,且对所有Gp$\mathscr{F}$,有GpH的极大子群在Gδ-置换.

    文献[7]得出:若Gp的极大子群在Gδ-置换,其中Gpδpπ(G)且p最小,那么Gp-幂零群. 文献[8]得出:设pπ(G),P∈Sylp(G)且HGp-Hall子群,使得G=P·H,令集合δH的Sylow子群的完全集,如果G满足下列两条:

    1) NG(P)/CG(P)是p-群;

    2) P的所有极大子群在Hδ-置换.

    那么Gp-幂零群.

    文献[9]从Gp以及GpF*(G)的所有子群的δ-置换性两方面刻画了有限群的结构. 另外,文献[10]针对次正规δ-置换子群的嵌入性进行了研究,并针对δ-置换性对有限群结构的影响进行了研究. 本文将从子群的阶以及非Frattini p-主因子两方面讨论准素数子群的δ-置换性,进一步刻画有限群的结构,得到超可解群的新判别准则,并将以上结论推广.

  • 假定集合δG的Sylow子群的完全集,若N$\trianglelefteq $G,我们记

    定义1[6]  假定HG,集合δG的Sylow子群的完全集,若H置换δ中的所有元素,则称HGδ-置换.

    引理1[6]  假定集合δG的Sylow子群的完全集,UGδ-置换子群,N$\trianglelefteq $G,总有

    (ⅰ) δNδN/N分别是NG/N的Sylow子群的完全集;

    (ⅱ) UN/NG/NδN/N-置换;

    (ⅲ) 若UN,则UNδN-置换.

    引理2[11]  假定$\mathscr{F}$是一个非空群系,HGN$\trianglelefteq $G,则$Z_\mathscr{F}$(G)N/N$Z_\mathscr{F}$(G/N).

    假设P是一个p-群. 若P不是非交换2-群,记Ω(P)=${{\mho }_{1}}$(P),否则记Ω(P)=${{\mho }_{2}}$(P).

    引理3[12]  假定$\mathscr{F}$是一个可解饱和群系,PG的正规p-子群,且CP的Thompson临界子群[13],若P/Φ(P)≤$Z_\mathscr{F}$(G/Φ(P))或Ω(C)≤$Z_\mathscr{F}$(G),则P$Z_\mathscr{F}$(G).

    引理4[12]  假设C是非平凡p-子群P的Thompson临界子群,则

    (ⅰ) 若p是奇素数,则${{\mho }_{1}}$(C)的方次数是p

    (ⅱ) 若P是交换2-群,则${{\mho }_{1}}$(C)的方次数是2;

    (ⅲ) 若p=2,则${{\mho }_{2}}$(C)的方次数至多是4.

    引理5[14]  若群G的广义Fitting子群F*(G)是可解的,则F*(G)=F(G).

    引理6[15]  假定$\mathscr{F}$是任一群系,E$\trianglelefteq $G,若F*(E)≤$Z_\mathscr{F}$(G),则E$Z_\mathscr{F}$(G).

    引理7[16]  假定$\mathscr{F}$是包含全体超可解群$\mathscr{U}$的饱和群系,E$\trianglelefteq $GG/E$\mathscr{F}$,若E$Z_\mathscr{U}$(G),则G$\mathscr{F}$.

  • 定理1  设PG的正规p-子群,集合δG的Sylow子群的完全集. 假定P有一个子群D,满足1<|D|<|P|,且P的每个阶是|D|的子群HGδ-置换. 进一步,当P是非交换2-群且|PD|>2时,假定P的每个阶是2|D|并且方次数大于2的子群H也在Gδ-置换,则P$Z_\mathscr{U}$(G).

      假设结论不成立,令(GP)是使得|G|+|P|为最小的反例. 假定NG的极小正规子群且包含于P. 按以下步骤导出矛盾:

    步骤1  若|N|<|D|,则NG的包含于P的唯一的极小正规子群,满足P/N$Z_\mathscr{U}$(G/N)并且|N|>p.

    H/NP/N的子群,满足|H/N|=|D|/|N|或|H/N|=2|D|/|N|(若P/N是非交换2-群,|P/ND/N|>2且exp(H/N)>2),则HP的子群,满足|H|=|D|或|H|=2|D|(若P是非交换2-群,|PD|>2且exp(H)>2). 由假设知,HGδ-置换. 因此由引理1知H/NG/NδN/N-置换. 由G的选取可知P/N$Z_\mathscr{U}$(G/N). 若|N|=p,则P$Z_\mathscr{U}$(G),矛盾. 所以|N|>p. 假定RG的包含于P且不同于N的极小正规子群. 因为NR/N$Z_\mathscr{U}$(G/N),又因NR/NG/N的极小正规子群,故|R|=|NR/N|=p,这可推得|R|≤|N|<|D|. 类似前面的讨论有P/R$Z_\mathscr{U}$(G/R),因此有P$Z_\mathscr{U}$(G),矛盾. 所以NG的包含于P的唯一的极小正规子群.

    步骤2  |N|=|D|.

    如果|N|>|D|,假定N1N的子群,满足|N1|=|D|,N1G的某个Sylow p-子群Gp中正规,不失一般性可设Gpδ. 由假设知N1Gδ-置换,即对任一qπ(G)且pq,取Q∈Sylq(G)且Qδ,有N1Q=QN1. 因为N1=NN1Q$\trianglelefteq $N1Q,故QNG(N1),显然GpNG(N1). 假定q1q2,…,qtπ(G)的所有与p不同的元素,Qi∈Sylqi(G)且Qiδ,则

    再由N的极小性易知N1=1或N1=N,而1<|D|<|N|,矛盾.

    以下假设|N|<|D|. 由步骤1知P/N$Z_\mathscr{U}$(G/N). 若NΦ(P),则由引理2有

    再由引理3知P$Z_\mathscr{U}$(G),矛盾. 故N$\nleqslant $Φ(P). 由步骤1可知Φ(P)=1. 假设UNP中的补,N1N的极大子群,满足:N1G的某个Sylow p-子群Gp中正规. 不失一般性,可设Gpδ. 因为

    故|U|≥|D|/|N1|. 不妨取U的阶是|D|/|N1|的子群V. 令T=N1V,则|T|=|N1V|=|D|,由假设知TGδ-置换,因此对任一qπ(G)且pq,取Q∈Sylq(G)且Qδ,有TQ=QT. 因为

    QNG(N1),显然GpNG(N1). 假定q1q2,…,qtπ(G)的所有与p不同的元素,Qi∈Sylqi(G)且Qiδ,则

    从而|N|=p,与步骤1的结果矛盾. 因此|N|=|D|.

    步骤3  |D|=p.

    GpG的Sylow p-子群且GpδN/MGp的主因子,则|N/M|=p. 假设L/N是包含于P/NGp/Np阶正规子群,则|L/M|=p2. 首先考虑L/M是初等交换p-群,假设L/M=N/M×T/M,其中|N/M|=|T/M|=p,则|T|=|N|=|D|. 由假设知TGδ-置换,显然M=TN. 类似于步骤2的讨论有M$\trianglelefteq $G,所以|N|=p. 以下假设L/Mp2阶循环群,则存在元素aL\ML=Ma〉. 可推得N=M(N∩〈a〉). 易知aN且|N∩〈a〉|=p,所以M∩〈a〉=1,从而|〈a〉|=p2. 记${{\mho }_{1}}$(L)=〈lplL〉,显然${{\mho }_{1}}$(L)≤Φ(L)<N. 取N1N的极大子群,满足${{\mho }_{1}}$(L)≤N1N1$\trianglelefteq $Gp. 又因M∩〈a〉=1,故N1M,所以〈ap〉≤N1且|N1a〉|=|N|=|D|. 由假设知N1a〉在Gδ-置换. 因为N1=NN1a〉,类似于步骤2的证明,可得N1$\trianglelefteq $G,从而|N|=p.

    步骤4  最后矛盾.

    P是非交换2-群时,由步骤3及定理假设知P的所有素数阶或者4阶循环子群在Gδ-置换. 首先证明G有唯一的正规子群R满足:P/RG的主因子,R$Z_\mathscr{U}$(G)并且|P/R|>p.

    P/RG的主因子. 显然,(GR)满足定理假设. 再由(GP)的选择有R$Z_\mathscr{U}$(G). 若|P/R|=p,则P/R$Z_\mathscr{U}$(G/R),因此P$Z_\mathscr{U}$(G),矛盾. 故|P/R|>p. 假设P/LG的主因子,且满足P/RP/L. 类似前面的讨论有L$Z_\mathscr{U}$(G). 由引理2有

    在此情况下,可得出与上面相同的矛盾. 因此G有唯一的正规子群R满足:P/RG的主因子,R$Z_\mathscr{U}$(G)并且|P/R|>p.

    假定CP的一个Thompson临界子群. 若Ω(C)<P,则Ω(C)≤R$Z_\mathscr{U}$(G),由引理3有P$Z_\mathscr{U}$(G),矛盾. 所以P=C=Ω(C),再由引理4知,当P是非交换2-群时,P的方次数是p或者4.

    P/RZ(Gp/R)>1,取

    其中GpG的Sylow p-子群,且Gpδ. 记xL\RH=〈x〉,则L=HR且|H|=p,4. 由假设知HGδ-置换,再由引理1有HR/R=L/RG/RδR/R-置换,即对任一qπ(G/R)且pq,取Q/R∈Sylq(G/R)且Q/RδR/R,有L/R·Q/R=Q/R·L/R. 类似于步骤2的讨论有L/R$\trianglelefteq $G/R. 从而|L/R|=|P/R|=p.

    定理2  设$\mathscr{F}$是包含所有超可解群的可解饱和群系,集合δG的Sylow子群的完全集,E$\trianglelefteq $G满足G/E$\mathscr{F}$,并且F*(E)是可解的. 若对F*(E)的所有非循环的Sylow p-子群P,假定P有一个子群D满足1<|D|<|P|,且P的每个阶是|D|的子群HG中的δ-置换. 进一步,当P是非交换2-群且|PD|>2时,假定P的每个阶是2|D|并且方次数大于2的子群H也在Gδ-置换,则G$\mathscr{F}$.

      因F*(E)可解,由引理5有F*(E)=F(E). 设PF(E)的Sylow p-子群,其中pπ(F(E)). 显然P$\trianglelefteq $G. 若P非循环,则P满足定理1的假设,因此P$Z_\mathscr{U}$(G). 若P循环,假设L/KG的任意包含于P的主因子,则|L/K|=p,故L/KG中是$\mathscr{F}$-中心的,因此P$Z_\mathscr{U}$(G),从而F*(E)≤$Z_\mathscr{U}$(G). 由引理6有E$Z_\mathscr{U}$(G),再由引理7有G$\mathscr{F}$.

    定理3  假设Gp-可解群,集合δG的Sylow子群的完全集,P∈Sylp(G)且Pδ. 若对G的任一非Frattini p-主因子H/K,都存在P的一个极大子群P1,使得P1Gδ-置换,且H/K$\nleqslant $P1K/K,则Gp-超可解群.

     假设结论不成立,令G为极小阶反例.

    假设NG的极小正规子群. 下证G/N满足定理条件. 设(H/N)/(K/N)是G/N的非Frattini p-主因子,则

    H/KGp-主因子. 由假设知,存在P的一个极大子群P1Gδ-置换且H/K$\nleqslant $P1K/K. 若Np-子群,则P1N/NPN/N的极大子群. 若Np-子群且N$\nleqslant $P1,则P=NP1. 因为G的每个Sylow p-子群覆盖G的所有p-主因子,故HPK=P1K,与H/K$\nleqslant $P1K/K矛盾. 所以NP1,因此P1/NP/N的极大子群. 由引理1可知,P1N/NG/NδN/N-置换. 显然有

    G的极小性可知,G/Np-超可解群. 若NOp(G),则Gp-超可解群,矛盾. 故N是交换p-子群. 易知NG的非Frattini p-主因子,由假设得,存在P的一个极大子群P2Gδ-置换且N$\nleqslant $P2. 所以P=NP2. 由假设知,对任一qπ(G)且pq,取Q∈Sylq(G)且Qδ,有P2Q=QP2. 又因

    QNG(NP2),显然PNG(NP2). 假设q1q2,…,qtπ(G)的所有与p不同的元素,Qi∈Sylqi(G)且Qiδ,可得

    因此NP2=1或NP2,这两种情形都不可能.

    因此,结论成立.

参考文献 (16)

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