1. Foundations of 2-Stage Metabelian 3-Groups.DEFINITION 1.1.For any two rational integers n >= m >= 2, we denote by ZEF(m,n) the set of all 2-stage metabelian 3-groups G of class m-1 and order 3n with commutator factor group G/G' = (3,3). Remarks. 1. Nebelung's designation ZEF ("Rang Zwei oder Eins Faktoren") refers to the property that all factors Gi/Gi+1 of the descending central series G = G1 > G2 > ... > Gm-1 > Gm = 1, which is defined by Gi+1 = [Gi,G] for all i >= 1, are of elementary abelian type, either (3,3) or (3). 2. The groups of maximal class with m = n, where only cyclic factors (3) occur, coincide with Blackburn's groups CF(m,n,p) of maximal class with m = n and p = 3: ZEF(m,m) = CF(m,m,3). 3. A less local, i. e., more international, designation for ZEF would be CBF ... Cyclic or Bicyclic Factor groups. |
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2. Structure of Higher Members of the Descending Central Series.Preliminaries.For a non-negative integer n, denote by A(3,n) the abelian 3-group of type (3q+r,3q), where n = 2q + r with unique q >= 0 and 0 <= r <= 1 ("almost homogeneous" abelian 3-groups). THEOREM 2.1. Assumptions: Let m,n be rational integers, such that 3 <= m <= n <= 2m - 3, and put e = n - m + 2. Let G be a 2-stage metabelian 3-group in ZEF(m,n). Claims: 1. If G is of maximal class, i. e., m = n resp. e = 2, then the descending central series exclusively consists of members having factors Gi/Gi+1 = (3) of 3-rank 1 (symbol | ), Gi = A(3,m-i) for all 3 <= i <= m.
2. If G is not of maximal class, i. e., 4 <= m < n resp. e >= 3, then the descending central series begins with members having factors Gi/Gi+1 = (3,3) of 3-rank 2 (symbol || ), Gi = A(3,m-i) * A(3,e+1-i) for all 3 <= i <= e and ends with members having factors Gi/Gi+1 = (3) of 3-rank 1 (symbol | ), Gi = A(3,m-i) for all e+1 <= i <= m.
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3. Structure of the (abelian) Commutator Subgroup.The statements about the higher members of the descending central seriesin the previous theorem start with G3, since the results on the Commutator Subgroup G' = G2 include an irregular case. THEOREM 3.1. Assumptions: Let m,n be rational integers, such that 3 <= m <= n <= 2m - 3, and put e = n - m + 2. Let G be a 2-stage metabelian 3-group in ZEF(m,n). Claims: 1. If G is of maximal class, i. e., m = n resp. e = 2, then G2 = A(3,m-2). 2. If G is not of maximal class, i. e., 4 <= m < n resp. e >= 3, and if G = G(m,n)((a,b,c,d),r) with relational exponents -1 <= a,b,c,d,r <= 1, then a) in the irregular case G in ZEF 1b(m,n) with odd m and n = 2m - 4, i. e., e = m - 2, and 0 != r = b - 1 for m = 5, and r = -1 for m > 5, we have G2 = A(3,m-3) * A(3,m-3) (where m - 3 = e - 1) b) and otherwise (regular case) always G2 = A(3,m-2) * A(3,e-2). |
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4. Characteristic Subgroups between G and G'.The theorems in the preceding 2 sections revealedthe structure of all abelian members of the descending central series of a 2-stage metabelian 3-group. In certain cases, however, there is also an interesting intermediate group between G1 and G2, i. e., above the commutator subgroup: DEFINITION 4.1. 1. For any positive rational integer i >= 1, we denote by Ci the subgroup of G with the property that Ci/Gi+2 coincides with the centralizer of Gi/Gi+2 in G/Gi+2, i. e., Ci consists of all elements g in G, such that all commutators [g,u] with u in Gi are contained in Gi+2. 2. Let s = min{ 1 <= i <= m | Ci > G' }. Remarks. 1. The Ci ( i >= 1) are ascending characteristic subgroups of G that contain G'. 2. For m = 2, we have n = 2 and G' = 1 < Ci = G = (3,3) for all i >= 1, i. e., s = 1. 3. For 3 <= m <= n, the Ci are partitioned in the following manner: G' = C1 = ... = Cs-1 < Cs = ... = Cm-2 < Cm-1 = G, i. e., 2 <= s <= m - 1. DEFINITION 4.2. For any rational integers n >= m >= 3, we define a disjoint partition ZEF(m,n) = ZEF 1(m,n) + ZEF 2(m,n), where for the groups G in ZEF 1(m,n) = { G in ZEF(m,n) | s = m-1 } none of the characteristic subgroups Ci lies between G and G', whereas the groups G in ZEF 2(m,n) = { G in ZEF(m,n) | s < m-1 } show the behavior in the diagram below. |
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5. Generators and Relations.This will be the topic of our next article. |
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