有限生成且仅有唯一极大子群的群是否为有限循环群?
有限生成且仅有唯一极大子群的群是否为有限循环群?
我想求证或推翻这个命题:若G是有限生成群且仅有唯一极大子群,则G是有限循环群。
我已经知道当G是有限群时,这个结论是成立的,但对于无限群的情况,我还拿不准。我试着套用有限群的证明思路,过程如下:
设M是G的唯一极大子群,任取$a\in G\setminus M$,考虑子群$\langle a \rangle$。如果能证明G的任意真子群都包含在某个极大子群中,那么$\langle a \rangle$就不可能是真子群(因为它不在M里,而M是唯一的极大子群),这样就能推出G是循环群了。但现在我卡在了证明“任意真子群都包含于极大子群”这一步:
假设G由$a_1,a_2,\dots,a_n$有限生成,H是G的一个真子群。定义集合$S = {M\leq G: M \text{ 是真子群且 } H\leq M}$:
- 对于S中的任意链,由于G是有限生成的,链中所有子群的并集必然是真子群(否则并集会包含所有生成元,等于G,矛盾),所以这个链在S中有上界。
- 根据佐恩引理,S存在极大元,但这个极大元只是相对于S的极大,并不是G的极大子群——也就是说,它只是“包含H的真子群里最大的那个”,但本身可能还能被G的更大的真子群包含。
到这里我就不知道该怎么继续了。目前我觉得这个命题可能是不成立的,但我想不出合适的反例,毕竟我对无限群的了解不算深入。
有没有大佬能给个反例,或者帮我修正这个证明?非常感谢!
备注:内容来源于stack exchange,提问作者user2345678
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