Si dimostra in questo documento, per ben due volte, un inverso parziale
del teorema di Lagrange, il celebre teorema di Cauchy. Tale teorema
asserisce che se $p$ è un numero primo che divide l'ordine di $G$,
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.
\begin{theorem}[di Cauchy per gruppi abeliani]
Sia $G$ un gruppo abeliano finito. Se $p$ divide $\abs{G}$, allora
esiste $H \leq G$ tale per cui $\abs{H}= p$.
Sia $G$ un gruppo abeliano finito. Se un numero primo $p$ divide $\abs{G}$, allora
esiste $g \in G$ tale per cui $o(g)= p$.
\end{theorem}
\begin{proof}
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
$\Cyc{h^{\nicefrac{o(h)}{p}}}$ è un sottogruppo di $G$ di ordine $p$. Altrimenti,
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
$h^{\nicefrac{o(h)}{p}}$ è un elemento di $G$ di ordine $p$. Altrimenti,
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 $\abs G$,
$p$ divide anche $\abs{G \quot H}$ per il teorema di Lagrange. Inoltre, poiché