25阶循环群自同构阶数的证明困惑求助
大家好,我最近在做一道群论证明题时卡住了,不确定自己的思路是否正确,想向大家请教一下:
设$G$是25阶循环群,证明:对任意$\phi \in {\rm Aut}(G)$,都有$|\phi| \neq 3$。
我目前尝试用反证法来推进,假设存在$\phi \in {\rm Aut}(G)$使得$|\phi|=3$,根据自同构阶的定义,这意味着对任意$g \in G$都有$\phi^3(g)=g$。
因为$G$是循环群,我先取它的一个生成元$g$,也就是$G=\langle g\rangle$。对于循环群的自同构来说,$\phi(g)$必然是$G$的另一个生成元,所以可以表示为$\phi(g)=g^\alpha$,其中$\alpha$是某个整数。
接下来我做了如下推导:
$$\begin{align}
g &= \phi^3(g) \
&=\phi2(g\alpha) \
&=\phi(\phi(g) \cdot \phi(g) \cdot \dots \cdot \phi(g)) \quad \text{(共$\alpha$个$\phi(g)$相乘)} \
&= \phi(g^\alpha \cdot g^\alpha \cdot \dots \cdot g^\alpha) \quad \text{(共$\alpha$个$g^\alpha$相乘)} \
&= \phi(g{\alpha2})\
& = g{\alpha3},
\end{align}$$
由此可以得到$g = g{\alpha3}$。
因为$G=\langle g\rangle$,所以$g$的阶是25,到这一步我就不知道该怎么继续推导来找到矛盾了,有没有大佬能帮我梳理一下后续的思路?
备注:内容来源于stack exchange,提问作者MathStudent101

