6証明補足:商群の演算が代表元によらず定まる条件
N\le G とする。剰余類どうしの積を
(aN)(bN)=(ab)N
で定義したい。この定義が代表元の選び方に依存しないためには、N が正規部分群 であることが必要である。
まず N が正規だとする。aN=a'N、bN=b'N とする。このとき a'=an_1、b'=bn_2 となる n_1,n_2\in N が存在する。すると
a'b'=an_1bn_2=ab(b^{-1}n_1b)n_2
である。N は正規なので b^{-1}n_1b\in N であり、したがって (b^{-1}n_1b)n_2\in N である。よって a'b'N=abN である。つまり積は代表元に依存しない。
逆に、この積が常に代表元によらず定まるとする。任意の g\in G と n\in N を取る。左剰余類として (gn)N=gN なので、第一因子の代表元を g から gn に替えても、g^{-1}N との積は同じでなければならない。したがって
(gN)(g^{-1}N)=N,
\qquad
((gn)N)(g^{-1}N)=gng^{-1}N
が同じ剰余類になる。よって gng^{-1}N=N、すなわち gng^{-1}\in N である。任意の g,n について成立するので、N は正規である。
つまり、正規性は「剰余類を要素として掛けても矛盾しない」ことを保証する条件である。