Si dimostra in questo documento, per ben due volte, un inverso parziale
Si dimostra in questo documento, per ben due volte, un inverso parziale
del teorema di Lagrange, il celebre teorema di Cauchy. Tale teorema
del teorema di Lagrange, il celebre teorema di Cauchy. Tale teorema
asserisce che se $p$ è un numero primo che divide l'ordine di $G$,
asserisce che se $p$ è un numero primo che divide l'ordine di $G$,
allora esiste un sottogruppo $H$ di $G$ di ordine $p$. \medskip
allora esiste un elemento di $G$ di ordine $p$. \medskip
Si mostra innanzitutto che il teorema vale per gruppi abeliani.
Si mostra innanzitutto che il teorema vale per gruppi abeliani.
\begin{theorem}[di Cauchy per gruppi abeliani]
\begin{theorem}[di Cauchy per gruppi abeliani]
Sia $G$ un gruppo abeliano finito. Se $p$ divide $\abs{G}$, allora
Sia $G$ un gruppo abeliano finito. Se un numero primo $p$ divide $\abs{G}$, allora
esiste $H \leq G$ tale per cui $\abs{H}= p$.
esiste $g \in G$ tale per cui $o(g)= p$.
\end{theorem}
\end{theorem}
\begin{proof}
\begin{proof}
Sia $\abs{G}= pn$ con $n \in\NN^+$. Si dimostra per induzione su $n$ la
Sia $\abs{G}= pn$ con $n \in\NN^+$. Si dimostra per induzione su $n$ la
validità della tesi. Se $n =1$, allora $G$ stesso è un sottogruppo di ordine $p$, completando il passo base. \medskip
validità della tesi. Se $n =1$, allora $G$ è ciclico, e quindi ammette un
elemento di ordine $p$, completando il passo base. \medskip
Sia allora $n > 1$ e si ipotizzi allora che tutti i gruppi tali che $\abs{G}= pk$ con $k < n$, $k \in\NN^+$ ammettano un sottogruppo di ordine $p$. Sia $h \in G$, $h \neq e$ (questo $h$ sicuramente esiste, dal momento che $p > 1$). Se $p \mid o(h)$, allora
Sia allora $n > 1$ e si ipotizzi allora che tutti i gruppi tali che $\abs{G}= pk$ con $k < n$, $k \in\NN^+$ ammettano un elemento di ordine $p$. Sia $h \in G$, $h \neq e$ (questo $h$ sicuramente esiste, dal momento che $p > 1$). Se $p \mid o(h)$, allora
$\Cyc{h^{\nicefrac{o(h)}{p}}}$ è un sottogruppo di $G$ di ordine $p$. Altrimenti,
$h^{\nicefrac{o(h)}{p}}$ è un elemento di $G$ di ordine $p$. Altrimenti,
si consideri $H =\Cyc{h}$. \medskip
si consideri $H =\Cyc{h}$. \medskip
Dal momento che $G$ è abeliano, $H$ è normale, e dunque si può considerare il gruppo quoziente $G \quot H$. Poiché $p \nmid o(h)=\abs H$ e $p$ divide $\abs G$,
Dal momento che $G$ è abeliano, $H$ è normale, e dunque si può considerare il gruppo quoziente $G \quot H$. Poiché $p \nmid o(h)=\abs H$ e $p$ divide $\abs G$,
$p$ divide anche $\abs{G \quot H}$ per il teorema di Lagrange. Inoltre, poiché
$p$ divide anche $\abs{G \quot H}$ per il teorema di Lagrange. Inoltre, poiché