1) Пусть
и
. Докажем, что
. Так как
и
, то последнее равенство можно переписать в равносильном виде
, что равносильно
. Справедливость последнего равенства следует из коммутативности операции
.
2) Доказывается аналогично 1). Пусть
. Тогда
:
,
,
. Далее по аналогии.
3) Пусть
. Докажем, что
. Пусть
. Тогда
. Аналогично доказывается
.
4) Пусть
, где
− нейтральный элемент в
. Действуя на все элементы этого равенства функцией
, получаем требуемое равенство.■
Следствие. Из доказанной теоремы следует, что если
и
− группа, то
− также группа. Аналогично для колец и полей.
Теорема 8. Все бесконечные циклические группы изоморфны между собой. Изоморфны между собой также и все конечные циклические группы данного порядка
.
Доказательство. Действительно, любая бесконечная циклическая группа с образующим элементом
отображается взаимно однозначно на аддитивную группу (Z, +), если каждому элементу
этой группы ставится в соответствие число
. Это отображение является изоморфизмом, так как согласно (3) при перемножении степеней элемента
показатели складываются. Если рассматривается конечная циклическая группа
порядка
с образующим элементом
, то, рассматривая мультипликативную группу корней
−ой степени из единицы и обозначая
, изоморфизм строится сопоставлением элементу
группы
числа
C. Изоморфность такого отображения следует из следствия к теореме 2 из § 1.■
Алгебраические операции.