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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δ是G的Sylow子群的完全集,即对每个p∈π(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H在G中δ-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Gp∩H的极大子群在G中δ-置换.文献[7]得出:若Gp的极大子群在G中δ-置换,其中Gp∈δ,p∈π(G)且p最小,那么G为p-幂零群. 文献[8]得出:设p∈π(G),P∈Sylp(G)且H为G的p′-Hall子群,使得G=P·H,令集合δ是H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H中δ-置换.
那么G为p-幂零群.
文献[9]从Gp以及Gp∩F*(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.
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假定集合δ是G的Sylow子群的完全集,若N
$\trianglelefteq $ G,我们记定义1[6] 假定H≤G,集合δ是G的Sylow子群的完全集,若H置换δ中的所有元素,则称H在G中δ-置换.
引理1[6] 假定集合δ是G的Sylow子群的完全集,U是G的δ-置换子群,N
$\trianglelefteq $ G,总有(ⅰ) δ∩N及δN/N分别是N及G/N的Sylow子群的完全集;
(ⅱ) UN/N在G/N中δN/N-置换;
(ⅲ) 若U≤N,则U在N中δ∩N-置换.
引理2[11] 假定
$\mathscr{F}$ 是一个非空群系,H≤G且N$\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,P是G的正规p-子群,且C是P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 $ G且G/E∈$\mathscr{F}$ ,若E≤$Z_\mathscr{U}$ (G),则G∈$\mathscr{F}$ .
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定理1 设P是G的正规p-子群,集合δ是G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H在G中δ-置换. 进一步,当P是非交换2-群且|P∶D|>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G中δ-置换,则P≤
$Z_\mathscr{U}$ (G).证 假设结论不成立,令(G,P)是使得|G|+|P|为最小的反例. 假定N是G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N是G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.设H/N是P/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/N∶D/N|>2且exp(H/N)>2),则H是P的子群,满足|H|=|D|或|H|=2|D|(若P是非交换2-群,|P∶D|>2且exp(H)>2). 由假设知,H在G中δ-置换. 因此由引理1知H/N在G/N中δN/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R是G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/N是G/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N是G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N1是N的子群,满足|N1|=|D|,N1在G的某个Sylow p-子群Gp中正规,不失一般性可设Gp∈δ. 由假设知N1在G中δ-置换,即对任一q∈π(G)且p≠q,取Q∈Sylq(G)且Q∈δ,有N1Q=QN1. 因为N1=N∩N1Q
$\trianglelefteq $ N1Q,故Q≤NG(N1),显然Gp≤NG(N1). 假定q1,q2,…,qt是π(G)的所有与p不同的元素,Qi∈Sylqi(G)且Qi∈δ,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N≤Φ(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U是N在P中的补,N1是N的极大子群,满足:N1在G的某个Sylow p-子群Gp中正规. 不失一般性,可设Gp∈δ. 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T在G中δ-置换,因此对任一q∈π(G)且p≠q,取Q∈Sylq(G)且Q∈δ,有TQ=QT. 因为
故Q≤NG(N1),显然Gp≤NG(N1). 假定q1,q2,…,qt是π(G)的所有与p不同的元素,Qi∈Sylqi(G)且Qi∈δ,则
从而|N|=p,与步骤1的结果矛盾. 因此|N|=|D|.
步骤3 |D|=p.
令Gp是G的Sylow p-子群且Gp∈δ,N/M是Gp的主因子,则|N/M|=p. 假设L/N是包含于P/N的Gp/N的p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T在G中δ-置换,显然M=T∩N. 类似于步骤2的讨论有M
$\trianglelefteq $ G,所以|N|=p. 以下假设L/M是p2阶循环群,则存在元素a∈L\M且L=M〈a〉. 可推得N=M(N∩〈a〉). 易知a∉N且|N∩〈a〉|=p,所以M∩〈a〉=1,从而|〈a〉|=p2. 记${{\mho }_{1}}$ (L)=〈lp:l∈L〉,显然${{\mho }_{1}}$ (L)≤Φ(L)<N. 取N1是N的极大子群,满足${{\mho }_{1}}$ (L)≤N1且N1$\trianglelefteq $ Gp. 又因M∩〈a〉=1,故N1≠M,所以〈ap〉≤N1且|N1〈a〉|=|N|=|D|. 由假设知N1〈a〉在G中δ-置换. 因为N1=N∩N1〈a〉,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.
当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G中δ-置换. 首先证明G有唯一的正规子群R满足:P/R是G的主因子,R≤
$Z_\mathscr{U}$ (G)并且|P/R|>p.令P/R是G的主因子. 显然,(G,R)满足定理假设. 再由(G,P)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/L是G的主因子,且满足P/R≠P/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/R是G的主因子,R≤
$Z_\mathscr{U}$ (G)并且|P/R|>p.假定C是P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.因P/R∩Z(Gp/R)>1,取
其中Gp是G的Sylow p-子群,且Gp∈δ. 记x∈L\R,H=〈x〉,则L=HR且|H|=p,4. 由假设知H在G中δ-置换,再由引理1有HR/R=L/R在G/R中δR/R-置换,即对任一q∈π(G/R)且p≠q,取Q/R∈Sylq(G/R)且Q/R∈δR/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δ是G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H在G中的δ-置换. 进一步,当P是非交换2-群且|P∶D|>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G中δ-置换,则G∈$\mathscr{F}$ .证 因F*(E)可解,由引理5有F*(E)=F(E). 设P是F(E)的Sylow p-子群,其中p∈π(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/K是G的任意包含于P的主因子,则|L/K|=p,故L/K在G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G是p-可解群,集合δ是G的Sylow子群的完全集,P∈Sylp(G)且P∈δ. 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P1在G中δ-置换,且H/K
$\nleqslant $ P1K/K,则G是p-超可解群.证 假设结论不成立,令G为极小阶反例.
假设N是G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
且H/K是G的p-主因子. 由假设知,存在P的一个极大子群P1在G中δ-置换且H/K
$\nleqslant $ P1K/K. 若N是p′-子群,则P1N/N是PN/N的极大子群. 若N是p-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H≤PK=P1K,与H/K$\nleqslant $ P1K/K矛盾. 所以N≤P1,因此P1/N是P/N的极大子群. 由引理1可知,P1N/N在G/N中δN/N-置换. 显然有由G的极小性可知,G/N是p-超可解群. 若N≤Op′(G),则G是p-超可解群,矛盾. 故N是交换p-子群. 易知N是G的非Frattini p-主因子,由假设得,存在P的一个极大子群P2在G中δ-置换且N
$\nleqslant $ P2. 所以P=NP2. 由假设知,对任一q∈π(G)且p≠q,取Q∈Sylq(G)且Q∈δ,有P2Q=QP2. 又因故Q≤NG(N∩P2),显然P≤NG(N∩P2). 假设q1,q2,…,qt是π(G)的所有与p不同的元素,Qi∈Sylqi(G)且Qi∈δ,可得
因此N∩P2=1或N≤P2,这两种情形都不可能.
因此,结论成立.