Finitely solvable groups with nilpotent wide subgroups

A subgroup $H$ of a finite group $G$ is called wide if each prime divisor of the order of $G$ divides the order of $H$. We obtain a description of finite solvable groups without wide subgroups. It is shown that a finite solvable group with nilpotent wide subgroups contains a quotient group with resp...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2016
Main Authors: Monakhov, V. S., Sokhor, I. L., Монахов, В. С., Сохор, И. Л.
Format: Article
Language:Russian
Published: Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 2016
Online Access:https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/1893
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
Download file: Pdf

Institution

Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
_version_ 1860507778527789056
author Monakhov, V. S.
Sokhor, I. L.
Монахов, В. С.
Сохор, И. Л.
Монахов, В. С.
Сохор, И. Л.
author_facet Monakhov, V. S.
Sokhor, I. L.
Монахов, В. С.
Сохор, И. Л.
Монахов, В. С.
Сохор, И. Л.
author_sort Monakhov, V. S.
baseUrl_str https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/oai
collection OJS
datestamp_date 2019-12-05T09:30:55Z
description A subgroup $H$ of a finite group $G$ is called wide if each prime divisor of the order of $G$ divides the order of $H$. We obtain a description of finite solvable groups without wide subgroups. It is shown that a finite solvable group with nilpotent wide subgroups contains a quotient group with respect to the hypercenter without wide subgroups.
first_indexed 2026-03-24T02:14:43Z
format Article
fulltext УДК 512.542 В. С. Монахов, И. Л. Сохор (Гомел. гос. ун-т им. Ф. Скорины, Беларусь) КОНЕЧНЫЕ РАЗРЕШИМЫЕ ГРУППЫ С НИЛЬПОТЕНТНЫМИ ШИРОКИМИ ПОДГРУППАМИ A subgroup H of a finite group G is called wide if each prime divisor of the order of G divides the order of H . We obtain a description of finite solvable groups without wide subgroups. It is shown that a finite solvable group with nilpotent wide subgroups contains a quotient group with respect to the hypercenter without wide subgroups. Пiдгрупа H скiнченної групи G називається широкою, якщо кожний простий дiльник порядку G дiлить порядок H. Отримано опис скiнченних розв’язних груп, що не мiстять широких пiдгруп. Доведено, що у скiнченнiй розв’язнiй групi з нiльпотентними широкими пiдгрупами фактор-група по гiперцентру не мiстить широких пiдгруп. Введение. В настоящей статье рассматриваются только конечные группы. Принятые обозначе- ния стандартны и соответствуют [1, 2]. Через \pi (G) обозначается множество всех простых де- лителей порядка группы G, а | \pi (G)| — число всех различных простых делителей порядка груп- пы G. Широкой подгруппой будем называть подгруппу H группы G, у которой \pi (H) = \pi (G). Пусть k — натуральное число. Группа, порядок которой делится точно на k различных простых чисел, будем называть k-примарной. При k = 1, 2 используются термины „примарная” и „бипримарная” группы. Группу G будем называть квази-k-примарной, если | \pi (G)| > k и | \pi (M)| \leq k для каждой максимальной подгруппы M из G. Квази-1-примарную группу называют квазипримарной, а квази-2-примарную группу — квазибипримарной [3]. Очевидно, что нильпотентная квазипримарная группа имеет порядок pq, где p и q — раз- личные простые числа. Ненильпотентная квазипримарная группа G = [Epa ]Zq является по- лупрямым произведением нормальной элементарной абелевой группы Epa порядка pa и цик- лической группы Zq порядка q, где a — показатель p по модулю q. Это следует из теоремы О. Ю. Шмидта [4] о группах, все подгруппы которых нильпотентны. Квазибипримарные группы изучил С. С. Левищенко [3]. Разрешимая квазибипримарная группа G является полупрямым произведением [P ]M своей элементарной абелевой силов- ской p-подгруппы P и квазипримарной подгруппы M, являющейся максимальной подгруппой группы G [3] (теорема 3.1). В неразрешимой квазибипримарной группе G подгруппа Фратти- ни \Phi (G) примарна [3] (теорема 2.2), а фактор-группа G/\Phi (G) является простой группой и все такие простые группы перечислены в [3] (теорема 2.1). Вполне естественно возникает задача изучения строения квази-k-примарной группы при любом k. Большая часть простых групп является квази-k-примарными. Простые группы, кото- рые не являются квази-k-примарными, перечислены в [5, 3.8]. Тем самым дан исчерпывающий ответ на вопрос В. С. Монахова из Коуровской тетради [6] (11.64). В настоящей статье получено описание разрешимых квази-k-примарных групп и разреши- мых групп с нильпотентными широкими подгруппами. 1. Вспомогательные результаты. Лемма 1. Разрешимая квази-k-примарная группа (k + 1)-примарна. c\bigcirc В. С. МОНАХОВ, И. Л. СОХОР, 2016 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2016, т. 68, № 7 957 958 В. С. МОНАХОВ, И. Л. СОХОР Доказательство. Пусть G — разрешимая квази-k-примарная группа и M — ее максималь- ная подгруппа. По определению квази-k-примарной группы | \pi (G)| \geq k + 1, | \pi (M)| \leq k. В разрешимой группе максимальные подгруппы имеют примарные индексы. Поэтому | G : M | = p\alpha , p \in \pi (G), \alpha \in \BbbN . Поскольку | G| = | M | \cdot | G : M | , то | \pi (G)| \leq k + 1 и | \pi (G)| = k + 1. Лемма 1 доказана. Лемма 2. Если G — разрешимая квази-k-примарная группа и N — нормальная холлова подгруппа, то G/N — квази-l-примарная группа, где l = k - | \pi (N)| . Доказательство. По лемме 1 группа G (k + 1)-примарна, поэтому | \pi (G/N)| = | \pi (G)| - | \pi (N)| = k + 1 - | \pi (N)| = l + 1. Пусть M/N — произвольная максимальная подгруппа фактор-группы G/N. Тогда M — макси- мальная подгруппа группы G. Поэтому | \pi (M)| < | \pi (G)| . Поскольку N — холлова подгруппа группы G, то | \pi (M/N)| = | \pi (M)| - | \pi (N)| < | \pi (G)| - | \pi (N)| = | \pi (G/N)| = l + 1. Таким образом, фактор-группа G/N (l + 1)-примарна, а любая ее максимальная подгруппа не более чем l-примарна. Следовательно, G/N квази-l-примарна. Лемма 2 доказана. Лемма 3 ([2], IV.2.11). Если в группе G все силовские подгруппы циклические, то комму- тант G\prime является циклической холловой подгруппой и фактор-группа G/G\prime циклическая. 2. Строение разрешимых квази-\bfitk -примарных групп. Теорема 1. Пусть G — разрешимая группа. Тогда следующие утверждения эквивалентны: 1) G — квази-k-примарная группа; 2) каждая нормальная подгруппа группы G является холловой подгруппой; 3) каждая максимальная подгруппа группы G является холловой подгруппой; 4) G = [N ]M, где N — минимальная нормальная и силовская подгруппа группы G, а M — квази-(k - 1)-примарная и максимальная подгруппа. Доказательство. Проверим, что из утверждения 1 следует утверждение 2. Пусть G — разрешимая квази-k-примарная группа, N — нормальная подгруппа группы G, \tau = \pi (G) \setminus \pi (N). Предположим, что N не является холловой подгруппой группы G. Поскольку G — квази- k-примарная группа и N — ее собственная подгруппа, то | \pi (N)| \leq k и \tau \not = \varnothing . Далее, так как G — разрешимая группа, то в G существует \tau -холлова подгруппа M. Теперь (| M | , | N | ) = 1, а значит, M \cap N = 1 и NM = [N ]M < G. Но \pi ([N ]M) = \pi (N) \cup \pi (M) = \pi (N) \cup \tau = \pi (G), | \pi (G)| = k + 1, т. е. в квази-k-примарной группе G существует собственная (k+1)-примарная подгруппа [N ]M. Пришли к противоречию. Таким образом, N — холлова подгруппа группы G и из утверждения 1 следует утверждение 2. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2016, т. 68, № 7 КОНЕЧНЫЕ РАЗРЕШИМЫЕ ГРУППЫ С НИЛЬПОТЕНТНЫМИ ШИРОКИМИ ПОДГРУППАМИ 959 Проверим, что из утверждения 2 следует утверждение 3. Допустим, что в разрешимой груп- пе G каждая нормальная подгруппа является холловой. Пусть M — произвольная максимальная подгруппа группы G, а N — минимальная нормальная подгруппа. Тогда N — силовская под- группа группы G. Если N не содержится в M, то G = NM, а так как N — абелева подгруппа группы G, то N \cap M = 1 и подгруппа M холлова. Пусть N \subseteq M. Тогда M/N — макси- мальная подгруппа фактор-группы G/N. Понятно, что в G/N каждая нормальная подгруппа является холловой и можно применить индукцию. По индукции M/N — холлова подгруппа фактор-группы G/N и M также холлова в группе G. Проверим, что из утверждения 3 следует утверждение 1. Допустим, что в разрешимой груп- пе G каждая максимальная подгруппа является холловой. Пусть M — произвольная максималь- ная подгруппа группы G и | \pi (G)| = k+1. Поскольку M холлова, то | \pi (M)| = | \pi (G)| - 1 = k и G — квази-k-примарная группа. Таким образом, утверждения 1, 2 и 3 эквивалентны. Покажем, что из утверждения 1 следует утверждение 4. Пусть G — разрешимая квази-k- примарная группа и N — ее минимальная нормальная подгруппа. Из утверждения 2 следует, что N — силовская p-подгруппа группы G. По теореме Шура – Цассенхауза [1] (4.32) в группе G существует подгруппа M такая, что G = [N ]M. По лемме 1 группа G (k + 1)-примарна, по- этому подгруппа M k-примарна. Предположим, что в M существует собственная k-примарная подгруппа M1. Тогда в G существует собственная (k + 1)-примарная подгруппа вида [N ]M1. Пришли к противоречию. Следовательно, M квази-(k - 1)-примарна. Осталось показать, что из утверждения 4 следует утверждение 1. Пусть G = [N ]M, где N — минимальная нормальная и силовская подгруппа группы G, а M — ее квази-(k - 1)-примарная и максимальная подгруппа. Тогда по лемме 1 | \pi (M)| = k, | \pi (G)| = | \pi ([N ]M)| = | \pi (N)| + | \pi (M)| = k + 1. Покажем, что любая максимальная подгруппа K группы G не более чем k-примарна. Пусть NK = G. Тогда N \cap K = 1 и K \simeq M. Так как M — квази-(k - 1)-примарная разрешимая подгруппа группы G, то по лемме 1 подгруппа M, а значит и K, k-примарна. Если NK — собственная подгруппа группы G, то N \subseteq K и K = N(K \cap M) по тождеству Дедекинда. Поскольку M квази-(k - 1)-примарна, то L \cap M не более чем (k - 1)-примарна. Поэтому K = [N ](K \cap M) не более чем k-примарна. Таким образом, утверждения 4 и 1 эквивалентны. Теорема 1 доказана. Отметим, что \pi -разрешимые группы с некоторыми холловыми максимальными подгруппа- ми изучены в [7]. Следствие 1. В разрешимой квази-k-примарной группе подгруппа Фраттини единична. Доказательство. Подгруппа Фраттини любой группы не может быть холловой [1] (4.33). Остается применить утверждение 2 теоремы 1. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2016, т. 68, № 7 960 В. С. МОНАХОВ, И. Л. СОХОР Следствие 2. В разрешимой квази-k-примарной группе подгруппа Фиттинга является холловой и каждая ее силовская подгруппа является минимальной нормальной подгруппой. Доказательство. По утверждению 2 теоремы 1 подгруппа Фиттинга холлова, а значит, каждая ее силовская подгруппа является силовской подгруппой самой группы. Кроме того, так как подгруппа Фиттинга нильпотентна, то каждая ее силовская подгруппа является характе- ристической и, следовательно, нормальной в группе. При этом по утверждения 2 теоремы 1 минимальная нормальная подгруппа разрешимой квази-k-примарной группы является силов- ской подгруппой. Следствие 3. Пусть N — нормальная подгруппа группы G. Если G — разрешимая квази- k-примарная группа, то фактор-группа G/N является разрешимой квази-l-примарной группой для l = k - | \pi (N)| . Доказательство. Необходимо применить утверждение 2 теоремы 1 и лемму 2. Если группа G имеет нормальный ряд, факторы которого изоморфны силовским подгруп- пам, то говорят, что группа G имеет силовскую башню. Следствие 4. Разрешимая квази-k-примарная группа имеет силовскую башню. Доказательство. Применим индукцию по k. Пусть G — разрешимая квази-k-примарная группа. Тогда по утверждениям 2 и 4 теоремы 1 группа G представима в виде G = [P1]M1, где P1 — минимальная нормальная и силовская подгруппа группы G, а M1 — квази-(k - 1)- примарная и максимальная подгруппа. По индукции подгруппа M1 имеет силовскую башню, поэтому группа G имеет силовскую башню. Будем говорить, что натуральное число n свободно от квадратов, если p2 не делит n для любого простого p. Сверхразрешимой называют группу, у которой все главные факторы имеют простые порядки. Следствие 5. Порядок группы G свободен от квадратов тогда и только тогда, когда G — сверхразрешимая квази-k-примарная группа для k = | \pi (G)| - 1. В частности, сверхразрешимая квази-k-примарная группа метациклическая. Доказательство. Пусть порядок группы G свободен от квадратов и k = | \pi (G)| - 1. Тогда все силовские подгруппы в G циклические и по лемме 3 группа G сверхразрешима и метациклическая. Понятно, что | \pi (X)| < | \pi (G)| для каждой собственной подгруппы X группы G, т. е. G квази-k-примарна. Обратно, пусть G — сверхразрешимая квази-k-примарная группа. Применим индукцию по k. По утверждению 4 теоремы 1 группа G представима в виде G = [N ]M, где N — мини- мальная нормальная и силовская подгруппа группы G, а M — квази-(k - 1)-примарная и макси- мальная подгруппа. Согласно [1] (4.48) минимальная нормальная подгруппа сверхразрешимой группы имеет простой порядок, поэтому | N | = p, p \in \pi (G). Подгруппа M сверхразрешима и квази-(k - 1)-примарна. По индукции порядок M свободен от квадратов, поэтому порядок группы G свободен от квадратов. По лемме 3 группа G метациклическая. Следствие 6. Производная длина разрешимой квази-k-примарной группы G не превышает \mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n} \bigl\{ | \pi (G)| , \mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}\{ 1 + ai | i = 1, 2, . . . , t\} \bigr\} , где | F (G)| = pa11 pa22 . . . patt . ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2016, т. 68, № 7 КОНЕЧНЫЕ РАЗРЕШИМЫЕ ГРУППЫ С НИЛЬПОТЕНТНЫМИ ШИРОКИМИ ПОДГРУППАМИ 961 Доказательство. Пусть d(G) и r(G) — производная длина и ранг разрешимой квази-k- примарной группы G соответственно. По утверждению 4 теоремы 1 в группе G все силовские подгруппы элементарные абелевы и главный ряд группы G имеет длину, равную | \pi (G)| . От- сюда следует, что d(G) \leq | \pi (G)| . Разрешимым группам с абелевыми силовскими подгруппами посвящен \S VI.14 [2]. Поэтому все утверждения этого параграфа, касающиеся A-групп (разре- шимых групп с абелевыми силовскими подгруппами), справедливы для разрешимой квази-k- примарной группы. В частности, d(G) \leq 1+r(G) по [2] (VI.14.18) и r(G) \leq u по [2] (VI.14.31), где u — максимум числа образующих силовских подгрупп из подгруппы Фиттинга F (G). По- скольку силовские подгруппы в группе G элементарные абелевы, то u = \mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}\{ ai | i = 1, . . . , t\} . Отсюда следует, что d(G) \leq \mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n} \bigl\{ | \pi (G)| , \mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}\{ 1 + ai | i = 1, . . . , t\} \bigr\} . При k = 2 теорема 1 превращается в результат С. С. Левищенко: Следствие 7 ([3], теорема 3.1). Разрешимая квазибипримарная группа G является полу- прямым произведением [P ]M своей элементарной абелевой силовской p-подгруппы P и квази- примарной подгруппы M, являющейся максимальной подгруппой группы G. 3. Разрешимые группы с нильпотентными широкими подгруппами. Напомним опреде- ление гиперцентра. Пусть G — неединичная группа, Z0(G)= 1, Z1(G)= Z(G), Z2(G)/Z1(G) = = Z(G/Z1(G)), . . . , Zi(G)/Zi - 1(G) = Z(G/Zi - 1(G)), . . . . Подгруппа Z\infty (G) = \bigcup \infty i=1 Zi(G) называется гиперцентром группы G. Очевидно, что Z(G/Z\infty (G)) = 1. Теорема 2. Если в разрешимой группе G нильпотентна каждая максимальная подгруп- па M, у которой \pi (M) = \pi (G), то фактор-группа G/Z\infty (G) квази-k-примарна для k = = | \pi (G/Z\infty (G))| - 1. Доказательство. Предположим, что фактор-группа G = G/Z\infty (G) не квази-k-примарна для k = | \pi (G/Z\infty (G))| - 1. Тогда в G существует такая максимальная подгруппа M = = M/Z\infty (G), что \pi (M) = \pi (G). Подгруппа M максимальна в G и \pi (M) = \pi (G). По условию M нильпотентна, поэтому M нильпотентна. Так как M — максимальная подгруппа разрешимой фактор-группы G, то | G : M | = p\alpha для некоторого p \in \pi (G) и натурального \alpha . Пусть Mp — силовская p-подгруппа из M, а Gp — силовская p-подгруппа фактор-группы G, содержащая Mp. Тогда Mp — собственная подгруппа в Gp, поэтому Mp нормальна в G. Теперь неединичный элемент x из Mp \cap Z(Gp) принадлежит центру фактор-группы G. Это противоречит тому, что Z(G/Z\infty (G)) = 1. Теорема 2 доказана. Следствие 8. Если в группе G все широкие подгруппы нильпотентны, то G/Z\infty (G) квази- k-примарна для k = | \pi (G/Z\infty (G))| - 1. Теорема 2 не допускает обращения. Примером является группа G = S3 \times Z6. Здесь S3 — симметрическая группа степени 3, Z6 — циклическая группа порядка 6. У этой груп- пы Z\infty (G) = Z6, фактор-группа G/Z\infty (G) \simeq S3 квазипримарна, а широкая максимальная подгруппа M = S3 \times Z2 не нильпотентна. Вполне естественно возникает следующая задача: описать разрешимые группы, у которых все широкие подгруппы сверхразрешимы. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2016, т. 68, № 7 962 В. С. МОНАХОВ, И. Л. СОХОР Литература 1. Монахов В. С. Введение в теорию конечных групп и их классов. – Минск: Вышэйш. шк., 2006. – 207 c. 2. Huppert B. Endliche Gruppen I. – Berlin etc., 1967. – 796 p. 3. Левищенко С. С. Конечные квазибипримарные группы // Группы, определяемые свойствами системы подгрупп: Сб. науч. тр. – Киев: Ин-т математики АН УССР, 1979. – С. 83 – 97. 4. Шмидт О. Ю. Группы, все подгруппы которых специальные // Мат. сб. – 1924. – 31. – С. 366 – 372. 5. Zhang Qinhai, Wang Lifang. Finite non-abelian simple groups which contain a non-trivial semipermutable subgroup // Algebra Colloq. – 2005. – 12. – P. 301 – 307. 6. Коуровская тетрадь: нерешенные вопросы теории групп. – 18-е изд. – Новосибирск: Ин-т математики им. С. Л. Соболева, 2014. 7. Монахов В. С. Конечные \pi -разрешимые группы с холловыми максимальными подгруппами // Мат. заметки. – 2008. – 84, № 3. – С. 390 – 394. Получено 17.02.15 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2016, т. 68, № 7
id umjimathkievua-article-1893
institution Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
keywords_txt_mv keywords
language rus
last_indexed 2026-03-24T02:14:43Z
publishDate 2016
publisher Institute of Mathematics, NAS of Ukraine
record_format ojs
resource_txt_mv umjimathkievua/a3/afa830bf995ab50a8c84b4555e87e5a3.pdf
spelling umjimathkievua-article-18932019-12-05T09:30:55Z Finitely solvable groups with nilpotent wide subgroups Конечные разрешимые группы с нильпотентными широкими подгруппами Monakhov, V. S. Sokhor, I. L. Монахов, В. С. Сохор, И. Л. Монахов, В. С. Сохор, И. Л. A subgroup $H$ of a finite group $G$ is called wide if each prime divisor of the order of $G$ divides the order of $H$. We obtain a description of finite solvable groups without wide subgroups. It is shown that a finite solvable group with nilpotent wide subgroups contains a quotient group with respect to the hypercenter without wide subgroups. Пiдгрупа $H$ скiнченної групи $G$ називається широкою, якщо кожний простий дiльник порядку $G$ дiлить порядок $H$. Отримано опис скiнченних розв’язних груп, що не мiстять широких пiдгруп. Доведено, що у скiнченнiй розв’язнiй групi з нiльпотентними широкими пiдгрупами фактор-група по гiперцентру не мiстить широких пiдгруп. Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 2016-07-25 Article Article application/pdf https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/1893 Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal; Vol. 68 No. 7 (2016); 957-962 Український математичний журнал; Том 68 № 7 (2016); 957-962 1027-3190 rus https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/1893/875 Copyright (c) 2016 Monakhov V. S.; Sokhor I. L.
spellingShingle Monakhov, V. S.
Sokhor, I. L.
Монахов, В. С.
Сохор, И. Л.
Монахов, В. С.
Сохор, И. Л.
Finitely solvable groups with nilpotent wide subgroups
title Finitely solvable groups with nilpotent wide subgroups
title_alt Конечные разрешимые группы с нильпотентными широкими подгруппами
title_full Finitely solvable groups with nilpotent wide subgroups
title_fullStr Finitely solvable groups with nilpotent wide subgroups
title_full_unstemmed Finitely solvable groups with nilpotent wide subgroups
title_short Finitely solvable groups with nilpotent wide subgroups
title_sort finitely solvable groups with nilpotent wide subgroups
url https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/1893
work_keys_str_mv AT monakhovvs finitelysolvablegroupswithnilpotentwidesubgroups
AT sokhoril finitelysolvablegroupswithnilpotentwidesubgroups
AT monahovvs finitelysolvablegroupswithnilpotentwidesubgroups
AT sohoril finitelysolvablegroupswithnilpotentwidesubgroups
AT monahovvs finitelysolvablegroupswithnilpotentwidesubgroups
AT sohoril finitelysolvablegroupswithnilpotentwidesubgroups
AT monakhovvs konečnyerazrešimyegruppysnilʹpotentnymiširokimipodgruppami
AT sokhoril konečnyerazrešimyegruppysnilʹpotentnymiširokimipodgruppami
AT monahovvs konečnyerazrešimyegruppysnilʹpotentnymiširokimipodgruppami
AT sohoril konečnyerazrešimyegruppysnilʹpotentnymiširokimipodgruppami
AT monahovvs konečnyerazrešimyegruppysnilʹpotentnymiširokimipodgruppami
AT sohoril konečnyerazrešimyegruppysnilʹpotentnymiširokimipodgruppami