Теорема (Хигман, 1951): у группы H_n нет нетривиальных конечных факторов.

Забавным образом, эта теорема выводится из малой теоремы Ферма.

А именно: пусть у нас есть какой-то конечный фактор фактор одной из групп H_n. Он порождён образами b_i образующих a_i. Давайте докажем, что они все тривиальны.

Собственно, раз это фактор — на b_i выполнены те же соотношения, что и раньше на a_i, но в дополнение к ним и ещё какие-то.

Во-первых, если тривиален хотя бы один образ b_i, то тривиальны они все — потому что b_i сопрягает b_{i+1} с его квадратом; раз b_i=e, то сопряжение ничего не делает, и b_{i+1}=b_{i+1}^2, и тогда b_{i+1}=e.

Во-вторых, пусть теперь они все нетривиальны. Раз мы предположили, что фактор конечный, то это всё — элементы конечного порядка.
То есть у каждого b_i есть свой порядок m_i>1.

Мы знаем, что b_i сопрягает b_{i+1} с его квадратом, b_{i+1}^2.
Применив это m_i раз, получаем, что b_{i+1} совпадает со своей 2^{m_i}-й степенью:

То есть
b_{i+1}^{2^{m_i} - 1} = e,
откуда 2^{m_i} - 1 делится на m_{i+1}.

Значит, у нас есть n "стоящих по кругу" порядков m_i, и следующий является делителем 2 в степени предыдущий минус один.

Остаётся заметить, что из малой теоремы Ферма следует вот такая лемма:
Лемма. Для любого m>1 наименьший простой делитель 2^m-1 строго больше наименьшего простого делителя m.

(Это — из исходного текста Хигмана)

Доказательство. Пусть r — наименьший простой делитель 2^m - 1.

Тогда по малой теореме Ферма 2^{r-1} сравнимо с 1 по модулю r, и значит (алгоритм Евклида), 2^{НОД(m,r-1)} тоже сравнимо с 1 по модулю r.

Если r не строго больше наименьшего простого делителя m, то m и r-1 взаимно просты, то есть НОД выше равен 1. И тогда 2=1 по модулю r => противоречие.

Лемма доказана — а теорема из неё выводится мгновенно.

Потому что из неё следует, что у порядков m_i наименьшие простые делители строго возрастают. Но индексы i идут "по кругу" (по модулю n) — а возрастающая последовательность чисел замкнуться не может.

Вот мы и получили противоречие — и тем самым доказали, что у H_n нет нетривиальных конечных факторов.

Теорема выше доказана.

Остаётся из неё получить простую бесконечную группу.

Рассмотрим нормальные подгруппы H_4, не совпадающие с самой H_4. Как минимум одна такая есть — это просто {e}.