Lemma 1. Il gruppo B non è finitamente generato.
Dimostrazione. B è abeliano e ogni suo elemento ha ordine 2. Ma un gruppo abeliano finitamente generato e tale che ogni elemento abbia ordine finito è necessariamente finito. \square
Consideriamo ora l'omomorfismo di gruppi \varphi \colon \mathbb{Z} \to B dato dallo shift \varphi(n)(a_i)=a_{n+i} per ogni n, \, i \in \mathbb{Z}. Esso permette di costruire il prodotto semidiretto L:=B \rtimes \mathbb{Z} che è un caso particolare di prodotto wreath ristretto (infatti, si ha L= \mathbb{Z}_2 \mathrm{wr}_{\mathbb{Z}} \mathbb{Z}) e una cui presentazione è data da L= \langle x_i, \, t \; | \; x_i^2=1, \; \; [x_i, \, x_j]=1, \; \; tx_it^{-1} =x_{i+1}, \; \; i, \, j \in \mathbb{Z} \rangle Qui gli x_i sono i generatori di B e t è un generatore di \mathbb{Z} in notazione moltiplicativa, mentre le relazioni di coniugio esprimono il fatto che \varphi(1) \colon B \to B è l'automorfismo dato dallo shift di 1.
La presentazione di L descritta sopra ha infiniti generatori; tuttavia (e qui sta il punto cruciale) i generatori di B, a parte uno di essi (diciamo x_0), sono superflui in quanto si ha t^i x_0 t^{-i}=x_i Pertanto, ponendo x:=x_0, possiamo riscrivere la presentazione di L come L=\langle x, \, t \; | \; x^2=1, \; \; [t^ixt^{-i}, \, t^j x t^{-j}]=1, \; \; i, \, j \in \mathbb{Z}\rangle che può essere ulteriormente semplificata nel modo seguente L=\langle x, \, t \; | \; x^2=1, \; \; (t^kxt^{-k}x)^2=1, \; \; k \in \mathbb{Z}\rangle Ciò mostra che L è finitamente generato. Tuttavia, esso contiene come sottogruppo il gruppo B, che non è finitamente generato per il Lemma 1.
Osservazione1. L è finitamente generato ma non finitamente presentato. Infatti, la presentazione data ha due generatori e infinite relazioni, e si può mostrare che L non ammette nessuna presentazione finita.
Osservazione 2. B è normale in L, e ha indice infinito in esso. Infatti, è noto che un sottogruppo di indice finito di un gruppo finitamente generato è a sua volta finitamente generato.
Osservazione 3. Il nome "lamplighter group" ("gruppo del lampionaio") viene dal fatto che si può pensare agli elementi del gruppo B=\bigoplus \mathbb{Z}_2 come ad successioni doppiamente infinite di lampioni, ciascuno dei quali può essere acceso (\bar{1}) o spento (\bar{0}) e tali che al più un numero finito di lampioni siano accesi insieme. Il generatore t del fattore \mathbb{Z} di L=B \rtimes \mathbb{Z} può essere identificato col lampionaio, la cui azione fa passare da ogni lampione al successivo.
Riferimenti.
[M2012] A. Machì, Groups (Springer 2012), Chapter 4.
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