Нехай
G
{\displaystyle G}
буде групою з композиційним рядом
{
1
}
=
G
n
◃
G
n
−
1
◃
⋯
◃
G
0
=
G
.
{\displaystyle \{1\}=G_{n}\triangleleft G_{n-1}\triangleleft \cdots \triangleleft G_{0}=G.}
Тоді для будь-якої нормальної підгрупи
K
{\displaystyle K}
групи
G
,
{\displaystyle G,}
якщо ми видалимо дублікати з ряду
{
1
}
=
K
∩
G
n
⊴
K
∩
G
n
−
1
⊴
⋯
⊴
K
∩
G
0
=
K
∩
K
,
{\displaystyle \{1\}=K\cap G_{n}\trianglelefteq K\cap G_{n-1}\trianglelefteq \cdots \trianglelefteq K\cap G_{0}=K\cap K,}
результатом буде композиційний ряд для
K
{\displaystyle K}
завдовжки не більше ніж
n
.
{\displaystyle n.}
Нам потрібно довести, що
K
∩
G
i
+
1
◃
K
∩
G
i
{\displaystyle K\cap G_{i+1}\triangleleft K\cap G_{i}}
і те, що
(
K
∩
G
i
)
/
(
K
∩
G
i
+
1
)
{\displaystyle (K\cap G_{i})/(K\cap G_{i+1})}
проста для всіх
i
.
{\displaystyle i.}
Нехай
x
∈
K
∩
G
i
{\displaystyle x\in K\cap G_{i}}
і
g
∈
K
∩
G
i
+
1
.
{\displaystyle g\in K\cap G_{i+1}.}
Тоді
x
g
x
−
1
∈
K
{\displaystyle xgx^{-1}\in K}
оскільки згідно з припущенням
K
{\displaystyle K}
нормальна в
G
.
{\displaystyle G.}
Також
x
g
x
−
1
∈
G
i
+
1
{\displaystyle xgx^{-1}\in G_{i+1}}
оскільки
G
i
+
1
◃
G
i
.
{\displaystyle G_{i+1}\triangleleft G_{i}.}
Отже,
x
g
x
−
1
∈
K
∩
G
i
+
1
,
{\displaystyle xgx^{-1}\in K\cap G_{i+1},}
що доводить те, що
K
∩
G
i
+
1
◃
K
∩
G
i
.
{\displaystyle K\cap G_{i+1}\triangleleft K\cap G_{i}.}
Тепер розглянемо фактор-групу
(
K
∩
G
i
)
/
(
K
∩
G
i
+
1
)
.
{\displaystyle (K\cap G_{i})/(K\cap G_{i+1}).}
Оскільки
G
i
/
G
i
+
1
{\displaystyle G_{i}/G_{i+1}}
проста, то
G
i
+
1
{\displaystyle G_{i+1}}
максимальна нормальна підгрупа
G
i
,
{\displaystyle G_{i},}
тому єдиними нормальними підгрупами
G
i
,
{\displaystyle G_{i},}
які містять
G
i
+
1
{\displaystyle G_{i+1}}
є
G
i
+
1
{\displaystyle G_{i+1}}
і
G
i
.
{\displaystyle G_{i}.}
Згадаймо, що
K
∩
G
i
{\displaystyle K\cap G_{i}}
нормальна в
G
i
{\displaystyle G_{i}}
(це ядро канонічної проєкції
G
{\displaystyle G}
на
G
/
K
{\displaystyle G/K}
обмеженої
G
i
{\displaystyle G_{i}}
), так що маємо
G
i
+
1
◃
(
K
∩
G
i
)
G
i
+
1
◃
G
i
.
{\displaystyle G_{i+1}\triangleleft (K\cap G_{i})G_{i+1}\triangleleft G_{i}.}
Перше нормальне включення, дає що для
k
g
∈
(
K
∩
G
i
)
G
i
+
1
{\displaystyle kg\in (K\cap G_{i})G_{i+1}}
маємо
k
g
G
i
+
1
g
−
1
k
−
1
=
k
G
i
+
1
k
−
1
⊆
G
i
+
1
{\displaystyle kgG_{i+1}g^{-1}k^{-1}=kG_{i+1}k^{-1}\subseteq G_{i+1}}
оскільки
k
∈
G
i
,
{\displaystyle k\in G_{i},}
а
G
i
+
1
{\displaystyle G_{i+1}}
нормальна в
G
i
.
{\displaystyle G_{i}.}
Для другого нормального включення,
g
∈
G
i
{\displaystyle g\in G_{i}}
g
(
K
∩
G
i
)
G
i
+
1
g
−
1
=
(
K
∩
G
i
)
g
G
i
+
1
g
−
1
{\displaystyle g(K\cap G_{i})G_{i+1}g^{-1}=(K\cap G_{i})gG_{i+1}g^{-1}}
оскільки
K
∩
G
i
{\displaystyle K\cap G_{i}}
нормальна в
G
i
{\displaystyle G_{i}}
і
(
K
∩
G
i
)
g
G
i
+
1
g
−
1
⊆
(
K
∩
G
i
)
G
i
+
1
{\displaystyle (K\cap G_{i})gG_{i+1}g^{-1}\subseteq (K\cap G_{i})G_{i+1}}
оскільки
G
i
+
1
◃
G
i
.
{\displaystyle G_{i+1}\triangleleft G_{i}.}
Отже, або
G
i
+
1
=
(
K
∩
G
i
)
G
i
+
1
,
{\displaystyle G_{i+1}=(K\cap G_{i})G_{i+1},}
або
(
K
∩
G
i
)
G
i
+
1
=
G
i
.
{\displaystyle (K\cap G_{i})G_{i+1}=G_{i}.}
Використовуючи другу теорему про ізоморфізми
(
K
∩
G
i
)
G
i
+
1
/
G
i
+
1
≃
(
K
∩
G
i
)
/
(
K
∩
G
i
∩
G
i
+
1
)
=
(
K
∩
G
i
)
/
(
K
∩
G
i
+
1
)
.
{\displaystyle (K\cap G_{i})G_{i+1}/G_{i+1}\simeq (K\cap G_{i})/(K\cap G_{i}\cap G_{i+1})=(K\cap G_{i})/(K\cap G_{i+1}).}
Тут ми бачимо, що якщо
G
i
+
1
=
(
K
∩
G
i
)
G
i
+
1
,
{\displaystyle G_{i+1}=(K\cap G_{i})G_{i+1},}
то
K
∩
G
i
=
K
∩
G
i
+
1
{\displaystyle K\cap G_{i}=K\cap G_{i+1}}
і нам треба вилучити дублікат. Якщо ж
(
K
∩
G
i
)
G
i
+
1
=
G
i
,
{\displaystyle (K\cap G_{i})G_{i+1}=G_{i},}
то
(
K
∩
G
i
)
/
(
K
∩
G
i
+
1
)
{\displaystyle (K\cap G_{i})/(K\cap G_{i+1})}
— проста.
Доведення буде за індукцією на довжину композиційного ряду. Припустимо, що
G
{\displaystyle G}
має композиційний ряд довжини 1. Тоді субнормальний ряд
G
▹
{
1
}
{\displaystyle G\triangleright \{1\}}
не можна уточнити, отже, це мусить бути композиційний ряд. Зокрема,
G
≃
G
/
{
1
}
{\displaystyle G\simeq G/\{1\}}
— проста. Це єдиний можливий композиційний ряд для
G
{\displaystyle G}
і всі твердження дотримані для довжини 1.
Припустимо, що
n
>
1
{\displaystyle n>1}
і, що твердження теореми дотримуються для композиційних рядів завдовжки до
n
−
1.
{\displaystyle n-1.}
Нехай
G
{\displaystyle G}
буде групою з композиційним рядом завдовжки
n
,
{\displaystyle n,}
скажімо
{
1
}
=
G
n
◃
G
n
−
1
◃
⋯
◃
G
0
=
G
{\displaystyle \{1\}=G_{n}\triangleleft G_{n-1}\triangleleft \cdots \triangleleft G_{0}=G}
(при цьому
G
i
≠
G
i
+
1
{\displaystyle G_{i}\neq G_{i+1}}
для кожного
i
)
.
{\displaystyle i).}
Тепер припустимо, що існує інший композиційний ряд для
G
{\displaystyle G}
(знов
H
i
≠
H
i
+
1
)
{\displaystyle H_{i}\neq H_{i+1})}
{
1
}
=
H
m
◃
H
m
−
1
◃
⋯
◃
H
0
=
G
.
{\displaystyle \{1\}=H_{m}\triangleleft H_{m-1}\triangleleft \cdots \triangleleft H_{0}=G.}
Спочатку нам потрібно показати, що
m
=
n
{\displaystyle m=n}
після чого ми обговоримо єдиність декомпозиції.
(Доведення, що
m
=
n
)
.
{\displaystyle m=n).}
Ідея доведення така: щоб використаємо індукційну гіпотезу нам потрібно мати композиційні ряди завдовжки менше ніж
n
.
{\displaystyle n.}
Спершу ми виключимо випадок коли
G
1
=
H
1
,
{\displaystyle G_{1}=H_{1},}
тоді обчислимо композиційні ряди завдовжки
n
−
2
{\displaystyle n-2}
для
H
1
∩
G
1
.
{\displaystyle H_{1}\cap G_{1}.}
Після цього ми використаємо другий композиційний ряд
G
,
{\displaystyle G,}
щоб отримати інший композиційний ряд для
H
1
∩
G
1
{\displaystyle H_{1}\cap G_{1}}
чия довжина залежатиме від
m
{\displaystyle m}
і ми зможемо порівняти її з вже відомою нам.
Якщо
G
1
=
H
1
,
{\displaystyle G_{1}=H_{1},}
тоді ми застосовуємо індукційну гіпотезу до
G
1
,
{\displaystyle G_{1},}
маємо
n
−
1
=
m
−
1
{\displaystyle n-1=m-1}
і підхожу перестановку
τ
{\displaystyle \tau }
для
n
−
1
{\displaystyle n-1}
факторів, і тут ми завершили.
Припустимо, що
G
1
≠
H
1
.
{\displaystyle G_{1}\neq H_{1}.}
Оскільки обидві
G
1
{\displaystyle G_{1}}
і
H
1
{\displaystyle H_{1}}
є максимальними нормальними в
G
,
{\displaystyle G,}
ми бачимо, що
G
1
◃
G
1
H
1
◃
G
{\displaystyle G_{1}\triangleleft G_{1}H_{1}\triangleleft G}
з
G
1
≠
G
1
H
1
{\displaystyle G_{1}\neq G_{1}H_{1}}
тому, що згідно з припущенням
G
1
≠
H
1
.
{\displaystyle G_{1}\neq H_{1}.}
З цього
G
1
H
1
=
G
,
{\displaystyle G_{1}H_{1}=G,}
застосовуючи другу теорему про ізоморфізми , приходимо до висновку, що
G
1
H
1
/
H
1
≃
G
/
H
1
≃
G
1
/
(
G
1
∩
H
1
)
.
{\displaystyle G_{1}H_{1}/H_{1}\simeq G/H_{1}\simeq G_{1}/(G_{1}\cap H_{1}).}
Оскільки
G
/
H
1
{\displaystyle G/H_{1}}
— проста, отримуємо, що
G
1
/
(
G
1
∩
H
1
)
{\displaystyle G_{1}/(G_{1}\cap H_{1})}
також проста. Тепер, відповідно до леми вище, по видаленні дублікатів з ряду
{
1
}
=
H
1
∩
G
n
⊴
⋯
⊴
H
1
∩
G
0
=
H
1
,
{\displaystyle \{1\}=H_{1}\cap G_{n}\trianglelefteq \cdots \trianglelefteq H_{1}\cap G_{0}=H_{1},}
отримуємо композиційний ряд для
H
1
{\displaystyle H_{1}}
завдовжки не більше ніж
n
{\displaystyle n}
і
{
1
}
=
H
1
∩
G
n
⊴
⋯
⊴
H
1
∩
G
1
{\displaystyle \{1\}=H_{1}\cap G_{n}\trianglelefteq \cdots \trianglelefteq H_{1}\cap G_{1}}
це композиційний ряд для
H
1
∩
G
1
{\displaystyle H_{1}\cap G_{1}}
не довший ніж
n
−
1.
{\displaystyle n-1.}
Оскільки
G
1
/
(
G
1
∩
H
1
)
{\displaystyle G_{1}/(G_{1}\cap H_{1})}
проста, то після видалення дублікатів
{
1
}
=
H
1
∩
G
n
⊴
⋯
⊴
H
1
∩
G
1
◃
G
1
{\displaystyle \{1\}=H_{1}\cap G_{n}\trianglelefteq \cdots \trianglelefteq H_{1}\cap G_{1}\triangleleft G_{1}}
це композиційний ряд для
G
1
.
{\displaystyle G_{1}.}
Але тоді
G
1
▹
G
2
▹
⋯
▹
G
n
=
{
1
}
{\displaystyle G_{1}\triangleright G_{2}\triangleright \cdots \triangleright G_{n}=\{1\}}
і
G
1
▹
H
1
∩
G
1
⊵
H
1
∩
G
2
⊵
⋯
⊵
H
1
∩
G
n
=
{
1
}
{\displaystyle G_{1}\triangleright H_{1}\cap G_{1}\trianglerighteq H_{1}\cap G_{2}\trianglerighteq \cdots \trianglerighteq H_{1}\cap G_{n}=\{1\}}
обидва є композиційними рядами для
G
1
,
{\displaystyle G_{1},}
і перший з них завдовжки
n
−
1.
{\displaystyle n-1.}
Згідно з індукційною гіпотезою обидва ряди мають однакову довжину. Оскільки
G
1
≠
G
1
∩
H
1
{\displaystyle G_{1}\neq G_{1}\cap H_{1}}
(згадаємо, що ми припустили, що
G
1
≠
H
1
)
,
{\displaystyle G_{1}\neq H_{1}),}
дублювання має бути десь далі в ряду. Нехай
G
1
=
K
1
▹
K
2
=
H
1
∩
G
1
▹
K
3
▹
⋯
▹
K
n
=
{
1
}
{\displaystyle G_{1}=K_{1}\triangleright K_{2}=H_{1}\cap G_{1}\triangleright K_{3}\triangleright \cdots \triangleright K_{n}=\{1\}}
позначає композиційний ряд для
G
1
{\displaystyle G_{1}}
завдовжки
n
−
1
,
{\displaystyle n-1,}
з уже видаленими дублікатами. Згідно з гіпотезою, існує перестановка
α
{\displaystyle \alpha }
така, що
G
i
/
G
i
+
1
≃
K
α
(
i
)
/
K
α
(
i
)
+
1
{\displaystyle G_{i}/G_{i+1}\simeq K_{\alpha (i)}/K_{\alpha (i)+1}}
для кожного
i
=
1
,
…
n
−
1.
{\displaystyle i=1,\ldots n-1.}
Множина
α
{\displaystyle \alpha }
не пересуває індекс 0, тоді
G
=
G
0
▹
G
1
▹
G
2
▹
⋯
▹
G
n
=
{
1
}
{\displaystyle G=G_{0}\triangleright G_{1}\triangleright G_{2}\triangleright \cdots \triangleright G_{n}=\{1\}}
і
G
=
K
0
▹
G
1
=
K
1
▹
K
2
=
H
1
∩
G
1
▹
K
3
▹
⋯
▹
K
n
=
{
1
}
{\displaystyle G=K_{0}\triangleright G_{1}=K_{1}\triangleright K_{2}=H_{1}\cap G_{1}\triangleright K_{3}\triangleright \cdots \triangleright K_{n}=\{1\}}
композиційні ряди завдовжки
n
{\displaystyle n}
для
G
{\displaystyle G}
і
α
{\displaystyle \alpha }
— це перестановка така, що
G
i
/
G
i
+
1
≃
K
α
(
i
)
/
K
α
(
i
)
+
1
{\displaystyle G_{i}/G_{i+1}\simeq K_{\alpha (i)}/K_{\alpha (i)+1}}
для кожного
i
=
1
,
⋯
,
n
−
1.
{\displaystyle i=1,\cdots ,n-1.}
Більше того, ми знайшли композиційний ряд для
H
1
∩
G
1
{\displaystyle H_{1}\cap G_{1}}
завдовжки
n
−
2.
{\displaystyle n-2.}
Давайте тепер проведемо подібні ж розрахунки для композиційного ряду
G
=
H
0
▹
H
1
▹
⋯
▹
H
m
=
{
1
}
{\displaystyle G=H_{0}\triangleright H_{1}\triangleright \cdots \triangleright H_{m}=\{1\}}
і нормальної підгрупи
G
1
{\displaystyle G_{1}}
в
G
.
{\displaystyle G.}
Знов, згідно з лемою вище, після видалення дублікатів із ряду
G
1
=
H
0
∩
G
1
⊵
H
1
∩
G
1
⊵
⋯
⊵
H
m
∩
G
1
=
{
1
}
{\displaystyle G_{1}=H_{0}\cap G_{1}\trianglerighteq H_{1}\cap G_{1}\trianglerighteq \cdots \trianglerighteq H_{m}\cap G_{1}=\{1\}}
отримуємо композиційний ряд для
G
1
{\displaystyle G_{1}}
такий, що після видалення дублікатів
H
1
∩
G
1
⊵
⋯
⊵
H
m
∩
G
1
=
{
1
}
{\displaystyle H_{1}\cap G_{1}\trianglerighteq \cdots \trianglerighteq H_{m}\cap G_{1}=\{1\}}
дає нам композиційний ряд для
H
1
∩
G
1
.
{\displaystyle H_{1}\cap G_{1}.}
Тепер, оскільки
H
1
∩
G
1
{\displaystyle H_{1}\cap G_{1}}
має композиційний ряд завдовжки
n
−
2
,
{\displaystyle n-2,}
а саме
K
2
=
H
1
∩
G
1
▹
⋯
▹
K
n
=
{
1
}
,
{\displaystyle K_{2}=H_{1}\cap G_{1}\triangleright \cdots \triangleright K_{n}=\{1\},}
ми застосовуємо індукційну гіпотезу до
H
1
∩
G
1
,
{\displaystyle H_{1}\cap G_{1},}
щоб дійти висновку, що всі композиційні ряди для
H
1
∩
G
1
{\displaystyle H_{1}\cap G_{1}}
мають довжину
n
−
2
,
{\displaystyle n-2,}
і тому попередній ряд
H
1
∩
G
1
⊵
⋯
⊵
H
m
∩
G
1
=
{
1
}
{\displaystyle H_{1}\cap G_{1}\trianglerighteq \cdots \trianglerighteq H_{m}\cap G_{1}=\{1\}}
після видалення дублікатів також завдовжки
n
−
2.
{\displaystyle n-2.}
Оскільки з другої теореми про ізоморфізми ми знаємо, що
H
1
/
(
G
1
∩
H
1
)
≃
H
1
G
1
/
G
1
=
G
0
/
G
1
,
{\displaystyle H_{1}/(G_{1}\cap H_{1})\simeq H_{1}G_{1}/G_{1}=G_{0}/G_{1},}
яка є простою групою, маємо, що
H
1
/
(
H
1
∩
G
1
)
{\displaystyle H_{1}/(H_{1}\cap G_{1})}
— проста. Отже, після видалення дублікатів з
H
1
▹
H
1
∩
G
1
⊵
⋯
⊵
H
m
∩
G
1
=
{
1
}
{\displaystyle H_{1}\triangleright H_{1}\cap G_{1}\trianglerighteq \cdots \trianglerighteq H_{m}\cap G_{1}=\{1\}}
дає нам композиційний ряд для
H
1
{\displaystyle H_{1}}
завдовжки
n
−
1
{\displaystyle n-1}
(ми додали
H
1
{\displaystyle H_{1}}
до композиційного ряду для
H
1
∩
G
1
{\displaystyle H_{1}\cap G_{1}}
завдовжки
n
−
2
)
.
{\displaystyle n-2).}
Також
H
1
▹
H
2
▹
⋯
▹
H
m
=
{
1
}
{\displaystyle H_{1}\triangleright H_{2}\triangleright \cdots \triangleright H_{m}=\{1\}}
це інший композиційний ряд для
H
1
.
{\displaystyle H_{1}.}
Оскільки перший ряд завдовжки
n
−
1
,
{\displaystyle n-1,}
то згідно з індукційною гіпотезою, другий ряд мусить мати довжину
n
−
1.
{\displaystyle n-1.}
З того, що його довжина
m
−
1
,
{\displaystyle m-1,}
випливає, що
m
=
n
.
{\displaystyle m=n.}
(Єдиність композиційних факторів). Знов, згідно з індукційною гіпотезою застосованою до
H
1
,
{\displaystyle H_{1},}
маємо перестановку
β
{\displaystyle \beta }
з
n
−
1
{\displaystyle n-1}
композиційних факторів (яку можна розширити до
n
{\displaystyle n}
факторів встановивши
β
(
0
)
=
0.
{\displaystyle \beta (0)=0.}
А саме, нехай
L
i
,
i
=
1
,
2
,
…
,
n
{\displaystyle L_{i},i=1,2,\ldots ,n}
позначає відмінні елементи ряду
H
1
▹
H
1
∩
G
1
▹
H
2
∩
G
1
▹
⋯
▹
H
n
∩
G
1
=
{
1
}
{\displaystyle H_{1}\triangleright H_{1}\cap G_{1}\triangleright H_{2}\cap G_{1}\triangleright \cdots \triangleright H_{n}\cap G_{1}=\{1\}}
так, що
L
1
=
H
1
{\displaystyle L_{1}=H_{1}}
і
L
2
=
H
1
∩
G
1
.
{\displaystyle L_{2}=H_{1}\cap G_{1}.}
Тоді ми маємо композиційний ряд
G
=
H
0
▹
H
1
▹
⋯
▹
H
m
=
{
1
}
{\displaystyle G=H_{0}\triangleright H_{1}\triangleright \cdots \triangleright H_{m}=\{1\}}
завдовжки
n
{\displaystyle n}
для
G
{\displaystyle G}
і існує перестановка
β
{\displaystyle \beta }
для
{
0
,
1
,
…
,
n
−
1
}
{\displaystyle \{0,1,\ldots ,n-1\}}
така, що
H
i
/
H
i
+
1
≃
L
β
(
i
)
/
L
β
(
i
)
+
1
{\displaystyle H_{i}/H_{i+1}\simeq L_{\beta (i)}/L_{\beta (i)+1}}
для кожного
i
=
0
,
1
,
…
,
n
−
1.
{\displaystyle i=0,1,\ldots ,n-1.}
Ми майже на місці, але насправді нам потрібен ізоморфізм між
H
i
/
H
i
+
1
{\displaystyle H_{i}/H_{i+1}}
і
G
β
(
i
)
/
G
β
(
i
)
+
1
,
{\displaystyle G_{\beta (i)}/G_{\beta (i)+1},}
а не між
H
i
/
H
i
+
1
{\displaystyle H_{i}/H_{i+1}}
і
L
β
(
i
)
/
L
β
(
i
)
+
1
.
{\displaystyle L_{\beta (i)}/L_{\beta (i)+1}.}
Ми згадаємо, що вже маємо перестановку
α
{\displaystyle \alpha }
таку, що
G
i
/
G
i
+
1
≃
K
α
(
i
)
/
K
α
(
i
)
+
1
.
{\displaystyle G_{i}/G_{i+1}\simeq K_{\alpha (i)}/K_{\alpha (i)+1}.}
Отже, нам достатньо знайти таку між
L
i
/
L
i
+
1
{\displaystyle L_{i}/L_{i+1}}
і
K
i
/
K
i
+
1
.
{\displaystyle K_{i}/K_{i+1}.}
Нарешті, оскільки
K
2
=
L
2
=
H
1
∩
G
1
,
{\displaystyle K_{2}=L_{2}=H_{1}\cap G_{1},}
ми маємо два композиційні ряди для
G
:
{\displaystyle G:}
G
▹
G
1
▹
H
1
∩
G
1
▹
K
3
▹
⋯
K
n
−
1
▹
K
n
=
{
1
}
G
▹
H
1
▹
H
1
∩
G
1
▹
L
3
▹
⋯
L
n
−
1
▹
L
n
=
{
1
}
.
{\displaystyle {\begin{matrix}G\triangleright &G_{1}\triangleright &H_{1}\cap G_{1}\triangleright &K_{3}\triangleright &\cdots &K_{n-1}\triangleright &K_{n}=\{1\}\\G\triangleright &H_{1}\triangleright &H_{1}\cap G_{1}\triangleright &L_{3}\triangleright &\cdots &L_{n-1}\triangleright &L_{n}=\{1\}.\end{matrix}}}
Ми можемо застосувати індукційну гіпотезу до
H
1
∩
G
1
,
{\displaystyle H_{1}\cap G_{1},}
щоб довести існування перестановки
γ
{\displaystyle \gamma }
для
{
2
,
3
,
…
,
n
−
1
}
{\displaystyle \{2,3,\ldots ,n-1\}}
такої, що для кожного
i
{\displaystyle i}
з цієї множини ми маємо
K
i
/
K
i
+
1
≃
L
γ
(
i
)
/
L
γ
(
i
)
+
1
.
{\displaystyle K_{i}/K_{i+1}\simeq L_{\gamma (i)}/L_{\gamma (i)+1}.}
ми вже бачили, що
G
/
G
1
≃
H
1
(
H
1
∩
G
1
)
{\displaystyle G/G_{1}\simeq H_{1}(H_{1}\cap G_{1})}
і
G
/
H
1
≃
G
1
/
(
H
1
∩
G
1
)
,
{\displaystyle G/H_{1}\simeq G_{1}/(H_{1}\cap G_{1}),}
отже ми можемо розширити перестановку
γ
{\displaystyle \gamma }
на
{
0
,
1
,
…
,
n
−
1
}
{\displaystyle \{0,1,\ldots ,n-1\}}
встановивши
γ
(
0
)
=
1
{\displaystyle \gamma (0)=1}
і
γ
(
1
)
=
0.
{\displaystyle \gamma (1)=0.}
Тоді, оскільки
K
0
=
G
=
L
0
,
K
1
=
G
1
,
L
1
=
H
1
,
K
2
=
L
2
=
H
1
∩
G
1
,
{\displaystyle K_{0}=G=L_{0},K_{1}=G_{1},L_{1}=H_{1},K_{2}=L_{2}=H_{1}\cap G_{1},}
маємо
K
i
/
K
i
+
1
≃
L
γ
(
i
)
/
L
γ
(
i
)
+
1
,
i
=
0
,
…
,
n
−
1.
{\displaystyle K_{i}/K_{i+1}\simeq L_{\gamma (i)}/L_{\gamma (i)+1},i=0,\ldots ,n-1.}
У підсумку, маємо
m
=
n
{\displaystyle m=n}
і для
τ
=
β
−
1
γ
α
,
{\displaystyle \tau =\beta ^{-1}\gamma \alpha ,}
маємо
G
i
/
G
i
+
1
≃
H
τ
(
i
)
/
H
τ
(
i
)
+
1
,
i
=
0
,
…
,
n
−
1.
{\displaystyle G_{i}/G_{i+1}\simeq H_{\tau (i)}/H_{\tau (i)+1},i=0,\ldots ,n-1.}
Що і треба було довести.