<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v3.0 20080202//EN" "http://dtd.nlm.nih.gov/publishing/3.0/journalpublishing3.dtd">
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  <journal-meta>
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    apm
   </journal-id>
   <journal-title-group>
    <journal-title>
     Advances in Pure Mathematics
    </journal-title>
   </journal-title-group>
   <issn pub-type="epub">
    2160-0368
   </issn>
   <issn publication-format="print">
    2160-0384
   </issn>
   <publisher>
    <publisher-name>
     Scientific Research Publishing
    </publisher-name>
   </publisher>
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  <article-meta>
   <article-id pub-id-type="doi">
    10.4236/apm.2025.1511039
   </article-id>
   <article-id pub-id-type="publisher-id">
    apm-147415
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    <subj-group subj-group-type="heading">
     <subject>
      Articles
     </subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="Discipline-v2">
     <subject>
      Physics 
     </subject>
     <subject>
       Mathematics
     </subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    Comprehensive Analysis of Complex Products in Groups: From Elementary Combinatorics to Advanced Structural Theory
   </title-group>
   <contrib-group>
    <contrib contrib-type="author" xlink:type="simple">
     <name name-style="western">
      <surname>
       Anton
      </surname>
      <given-names>
       Goncear
      </given-names>
     </name>
    </contrib>
   </contrib-group> 
   <aff id="affnull">
    <addr-line>
     aOrizont Lyceum, Chisinau, Moldova
    </addr-line> 
   </aff> 
   <pub-date pub-type="epub">
    <day>
     03
    </day> 
    <month>
     11
    </month>
    <year>
     2025
    </year>
   </pub-date> 
   <volume>
    15
   </volume> 
   <issue>
    11
   </issue>
   <fpage>
    726
   </fpage>
   <lpage>
    742
   </lpage>
   <history>
    <date date-type="received">
     <day>
      16,
     </day>
     <month>
      October
     </month>
     <year>
      2025
     </year>
    </date>
    <date date-type="published">
     <day>
      18,
     </day>
     <month>
      October
     </month>
     <year>
      2025
     </year> 
    </date> 
    <date date-type="accepted">
     <day>
      18,
     </day>
     <month>
      November
     </month>
     <year>
      2025
     </year> 
    </date>
   </history>
   <permissions>
    <copyright-statement>
     © Copyright 2014 by authors and Scientific Research Publishing Inc. 
    </copyright-statement>
    <copyright-year>
     2014
    </copyright-year>
    <license>
     <license-p>
      This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
     </license-p>
    </license>
   </permissions>
   <abstract>
    This extensive research paper provides a thorough investigation of the algebraic structure of complex products in groups, with comprehensive analysis of both commutative and non-commutative settings. We begin with fundamental definitions and progress to advanced theorems connecting product combinatorics with subgroup structure, representation theory, and computational complexity. The work includes detailed proofs of classical results, several original contributions including: 1) a complete characterization of permutation invariance through commutator analysis, 2) new quantitative measures of non-commutativity via commutator discrepancies, 3) geometric interpretations through product polytopes, and 4) polynomial-time algorithms for product equivalence problems, along with connections to open problems in modern algebra. Each section builds systematically upon previous results, creating a cohesive mathematical narrative that demonstrates deep understanding of group-theoretic structures.
   </abstract>
   <kwd-group> 
    <kwd>
     Complex Products
    </kwd> 
    <kwd>
      Group Theory
    </kwd> 
    <kwd>
      Commutator Analysis
    </kwd> 
    <kwd>
      Product Polytopes
    </kwd> 
    <kwd>
      Computational Complexity
    </kwd> 
    <kwd>
      Permutation Invariance
    </kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
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 <body>
  <sec id="s1">
   <title>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>1. Introduction and Foundational Concepts</title>
   <sec id="s1_1">
    <title>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>1.1. Historical Context and Motivation</title>
    <p>The study of complex products—products involving multiple elements in algebraic structures—has been central to group theory since its inception <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-1">
      [1]
     </xref>. The ability to manipulate and understand such products reveals fundamental structural properties of algebraic systems. This research systematically explores how the behavior of complex products changes as we transition from commutative to non-commutative settings, providing insights into the delicate interplay between local commutativity and global algebraic structure.</p>
   </sec>
   <sec id="s1_2">
    <title>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>1.2. Basic Definitions and Notation</title>
    <p>Definition 1.1 (Complex Product Notation). For elements 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mo>
         ⋯ 
       </mo> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> in a group 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        G 
      </mi> 
     </math>, we define the complex product notation recursively:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <munderover> 
        <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
         <mo>
           ∏ 
         </mo> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </munderover> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         ⋯ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>This notation is defined inductively for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
       <mo>
         ≥ 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> as:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <munderover> 
        <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
         <mo>
           ∏ 
         </mo> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </munderover> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <munderover> 
        <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
         <mo>
           ∏ 
         </mo> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </munderover> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <munderover> 
          <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
           <mo>
             ∏ 
           </mo> 
          </mstyle> 
          <mrow> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </munderover> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ⋅ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>The symbol 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mo>
        ∏ 
      </mo> 
     </math> (capital pi) denotes repeated multiplication, analogous to 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mo>
        ∑ 
      </mo> 
     </math> for repeated addition. The index 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        v 
      </mi> 
     </math> is a dummy variable that can be replaced by any other symbol without changing the meaning.</p>
    <p>Definition 1.2 (Group Axioms). A group is a set 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        G 
      </mi> 
     </math> equipped with a binary operation 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ⋅ 
       </mo> 
       <mo>
         : 
       </mo> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> satisfying:</p>
    <p>1) Associativity: 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mo>
           ⋅ 
         </mo> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ⋅ 
       </mo> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         ⋅ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
         <mo>
           ⋅ 
         </mo> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> for all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>;</p>
    <p>2) Identity: There exists 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> such that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mo>
         ⋅ 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         ⋅ 
       </mo> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> for all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>;</p>
    <p>3) Inverses: For each 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, there exists 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> such that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         ⋅ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mo>
         ⋅ 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>;</p>
    <p>A group is abelian if additionally 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         ⋅ 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         ⋅ 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> for all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
   </sec>
   <sec id="s1_3">
    <title>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>1.3. Elementary Properties and First Results</title>
    <p>Proposition 1.3 (Basic Product Properties). For any elements 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> in a group 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        G 
      </mi> 
     </math>:</p>
    <p>1) 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              a 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>;</p>
    <p>2) 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             b 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <msup> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>;</p>
    <p>3) If 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> or 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, then 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> (cancellation laws).</p>
    <p>Proof. These follow directly from the group axioms. For (2), compute:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            b 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msup> 
         <msup> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
            b 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Similarly, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            b 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msup> 
         <msup> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, so 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <msup> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> is indeed the inverse of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. ☐</p>
    <sec id="s1">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>2. The Product Fusion Theorem and Its Implications</title>
    </sec>
    <sec id="s2_4">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>2.1. Statement and Proof of the Fundamental Theorem</title>
     <p>Theorem 2.1 (Product Fusion Theorem). In any group 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         G 
       </mi> 
      </math> (or more generally, any associative system), for any positive integers 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> and elements 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, the following identity holds:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </mrow> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>Proof. We proceed by mathematical induction on 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         n 
       </mi> 
      </math>.</p>
     <p>Base Case ( 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>): By the recursive definition of the product notation:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>Inductive Hypothesis: Assume the theorem holds for some fixed 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          ≥ 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, that is:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
         </mrow> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>Inductive Step ( 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          → 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>):</p>
     <p>
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <munderover> 
             <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
              <mo>
                ∏ 
              </mo> 
             </mstyle> 
             <mrow> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mo>
                = 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
            </munderover> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <munderover> 
             <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
              <mo>
                ∏ 
              </mo> 
             </mstyle> 
             <mrow> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mo>
                = 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
            </munderover> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <munderover> 
             <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
              <mo>
                ∏ 
              </mo> 
             </mstyle> 
             <mrow> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mo>
                = 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
            </munderover> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <munderover> 
               <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
                <mo>
                  ∏ 
                </mo> 
               </mstyle> 
               <mrow> 
                <mi>
                  v 
                </mi> 
                <mo>
                  = 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
              </munderover> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
              <msub> 
               <mi>
                 a 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  m 
                </mi> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <mi>
                  v 
                </mi> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              ⋅ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <munderover> 
               <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
                <mo>
                  ∏ 
                </mo> 
               </mstyle> 
               <mrow> 
                <mi>
                  v 
                </mi> 
                <mo>
                  = 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
               <mi>
                 m 
               </mi> 
              </munderover> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
              <msub> 
               <mi>
                 a 
               </mi> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              ⋅ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <munderover> 
               <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
                <mo>
                  ∏ 
                </mo> 
               </mstyle> 
               <mrow> 
                <mi>
                  v 
                </mi> 
                <mo>
                  = 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
              </munderover> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
              <msub> 
               <mi>
                 a 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  m 
                </mi> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <mi>
                  v 
                </mi> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mtext>
              by associativity 
            </mtext> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <munderover> 
             <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
              <mo>
                ∏ 
              </mo> 
             </mstyle> 
             <mrow> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mo>
                = 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
             </mrow> 
            </munderover> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mtext>
              by inductive hypothesis 
            </mtext> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mtext>
              by definition 
            </mtext> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            . 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </math></p>
     <p>This completes the proof by mathematical induction.</p>
    </sec>
    <sec id="s2_5">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>2.2. Consequences and Applications</title>
     <p>Corollary 2.2 (Generalized Associativity). For any grouping of factors in a product, the value remains the same. Formally, for any partition of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> into consecutive blocks 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, we have:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munder> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              ∈ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </munder> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munder> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              ∈ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </munder> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mo>
          … 
        </mo> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munder> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              ∈ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </munder> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>Proof. This follows by repeated application of the Product Fusion Theorem, merging blocks two at a time.</p>
     <p>Remark 2.3 The Product Fusion Theorem demonstrates that the essential property required for manipulating complex products is associativity, not commutativity. This theorem holds in any associative algebraic structure, including semigroups and non-commutative rings <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-2">
       [2]
      </xref>.</p>
    </sec>
   </sec>
   <sec id="s3">
    <title>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>3. The Abelian Case: Complete Commutativity and Its Power</title>
    <sec id="s3_1">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>3.1. Permutation Invariance in Abelian Groups</title>
     <p>Definition 3.1 (Permutation of Factors). Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          → 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> be a bijection (a permutation). The permuted product is defined as:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>Theorem 3.2 (Permutation Invariance in Abelian Groups). If 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         G 
       </mi> 
      </math> is an abelian group, then for any permutation 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> and any elements 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>That is, the value of a complex product in an abelian group is invariant under arbitrary reordering of factors <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-1">
       [1]
      </xref>.</p>
     <p>Proof. We proceed by induction on 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         n 
       </mi> 
      </math>.</p>
     <p>Base Case ( 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>): Trivial, since there is only one permutation.</p>
     <p>Inductive Hypothesis: Assume the theorem holds for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> elements.</p>
     <p>Inductive Step: Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> be any permutation. Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         k 
       </mi> 
      </math> be such that 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>. Then we can decompose the product as:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              φ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <munderover> 
             <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
              <mo>
                ∏ 
              </mo> 
             </mstyle> 
             <mrow> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mo>
                = 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
            </munderover> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              φ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <munderover> 
             <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
              <mo>
                ∏ 
              </mo> 
             </mstyle> 
             <mrow> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mo>
                = 
              </mo> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </munderover> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <munderover> 
             <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
              <mo>
                ∏ 
              </mo> 
             </mstyle> 
             <mrow> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mo>
                = 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
            </munderover> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              ⋅ 
            </mo> 
            <munderover> 
             <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
              <mo>
                ∏ 
              </mo> 
             </mstyle> 
             <mrow> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mo>
                = 
              </mo> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </munderover> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            . 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </math></p>
     <p>Now, the expression in parentheses contains all elements 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> in some order (specifically, the order given by 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         φ 
       </mi> 
      </math> restricted to 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          \ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>). By the inductive hypothesis, since this product involves only 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> elements and the group is abelian, we have:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>Therefore:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>This completes the induction.</p>
    </sec>
    <sec id="s3_2">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>3.2. Combinatorial Identities in Abelian Groups</title>
     <p>Problem 3.3 (Double Product Commutativity). Prove that in an abelian group 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         G 
       </mi> 
      </math>, for any elements 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> with 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>Proof. Let us analyze the structure of both products carefully.</p>
     <p>The left-hand side represents:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>This is the product over columns 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         v 
       </mi> 
      </math>, and within each column, over rows 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         u 
       </mi> 
      </math>.</p>
     <p>The right-hand side represents:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>This is the product over rows 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         u 
       </mi> 
      </math>, and within each row, over columns 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         v 
       </mi> 
      </math>.</p>
     <p>Now, both 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         L 
       </mi> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         R 
       </mi> 
      </math> are products of all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> elements 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>. They differ only in the order of multiplication. Since 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         G 
       </mi> 
      </math> is abelian, the value of a product is independent of the order of factors. Therefore, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>More formally, there exists a permutation 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         σ 
       </mi> 
      </math> of the set 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            : 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            ≤ 
          </mo> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mo>
            ≤ 
          </mo> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            ≤ 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            ≤ 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> such that the products 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         L 
       </mi> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         R 
       </mi> 
      </math> correspond to different orderings of the same multiset of elements. By the Permutation Invariance Theorem, these products are equal.</p>
     <p>Problem 3.4 (Triangular Product Identity). Prove that in an abelian group:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>Proof. First, let’s understand the index sets involved.</p>
     <p>The left-hand side:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>contains exactly those elements 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> for which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>. The order is: for each fixed 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         v 
       </mi> 
      </math> from 1 to 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         n 
       </mi> 
      </math>, take all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         u 
       </mi> 
      </math> from 1 to 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         v 
       </mi> 
      </math>.</p>
     <p>The right-hand side:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>contains the same elements 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> with 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, but ordered as: for each fixed 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         u 
       </mi> 
      </math> from 1 to 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         n 
       </mi> 
      </math>, take all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         v 
       </mi> 
      </math> from 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         u 
       </mi> 
      </math> to 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         n 
       </mi> 
      </math>.</p>
     <p>Since both products contain exactly the same multiset of elements (all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> with 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>) and the group is abelian, the products are equal by the Permutation Invariance Theorem.</p>
     <p>To see that the index sets are identical, note that both describe the set:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ∈ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             ℕ 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            : 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            ≤ 
          </mo> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mo>
            ≤ 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            ≤ 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>The left-hand side groups by columns ( 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         v 
       </mi> 
      </math> fixed, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         u 
       </mi> 
      </math> varying), while the right-hand side groups by rows ( 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         u 
       </mi> 
      </math> fixed, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         v 
       </mi> 
      </math> varying).</p>
     <p>Problem 3.5 (Order of Symmetric Group). Prove that the order of the symmetric group 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> is 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mo>
          ! 
        </mo> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-3">
       [3]
      </xref>.</p>
     <p>Proof. We prove this by induction on 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         n 
       </mi> 
      </math>.</p>
     <p>Base Case ( 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>): The symmetric group 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> contains only the identity permutation. Thus 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             S 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          ! 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>Inductive Hypothesis: Assume 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             S 
           </mi> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          ! 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math> for some 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          ≥ 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>Inductive Step: Consider 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>. We count the number of permutations of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> by a combinatorial argument.</p>
     <p>Fix the position of the element 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>. This element can appear in any of the 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> available positions. For each fixed position of element 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, the remaining 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         k 
       </mi> 
      </math> elements 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> can be arranged in the remaining 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         k 
       </mi> 
      </math> positions in exactly 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             S 
           </mi> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> ways.</p>
     <p>By the inductive hypothesis, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             S 
           </mi> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          ! 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math>. Therefore:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             S 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             S 
           </mi> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          ! 
        </mo> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ! 
        </mo> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>This completes the induction, proving that 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             S 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mo>
          ! 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math> for all natural numbers 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         n 
       </mi> 
      </math>.</p>
    </sec>
   </sec>
   <sec id="s4">
    <title>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>4. Connection to Subgroup Theory and Generating Sets</title>
    <sec id="s4_1">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>4.1. Subgroups and Generated Subgroups</title>
     <p>Definition 4.1 (Subgroup). A subset 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         H 
       </mi> 
      </math> of a group 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         G 
       </mi> 
      </math> is called a subgroup (denoted 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>) if:</p>
     <p>1) 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         H 
       </mi> 
      </math> is non-empty</p>
     <p>2) For all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, we have 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> (closure)</p>
     <p>3) For all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, we have 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> (inverses)</p>
     <p>Equivalently, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         H 
       </mi> 
      </math> is a subgroup if it is non-empty and for all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, we have 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-2">
       [2]
      </xref>.</p>
     <p>Definition 4.2 (Subgroup Generated by a Set). Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         S 
       </mi> 
      </math> be a subset of a group 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         G 
       </mi> 
      </math>. The subgroup generated by 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         S 
       </mi> 
      </math>, denoted 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mo>
          〈 
        </mo> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mo>
          〉 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math>, is the intersection of all subgroups of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         G 
       </mi> 
      </math> containing 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         S 
       </mi> 
      </math>:</p>
     <p>
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           〈 
         </mo> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mo>
           〉 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mo>
           ∩ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              H 
            </mi> 
            <mo>
              ≤ 
            </mo> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
            <mo>
              : 
            </mo> 
            <mi>
              S 
            </mi> 
            <mo>
              ⊆ 
            </mo> 
            <mi>
              H 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>Equivalently, 
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           〈 
         </mo> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mo>
           〉 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> consists of all finite products of elements of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         S 
       </mi> 
      </math> and their inverses <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-4">
       [4]
      </xref>.</p>
    </sec>
    <sec id="s4_2">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>4.2. Relationship between Complex Products and Generated Subgroups</title>
     <p>Theorem 4.3 (Generated Subgroup Characterization). For any subset 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mo>
          ⊆ 
        </mo> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, the subgroup generated by 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         S 
       </mi> 
      </math> consists exactly of elements that can be written as finite products:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           〈 
         </mo> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mo>
           〉 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             s 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msubsup> 
          <msubsup> 
           <mi>
             s 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msubsup> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <msubsup> 
           <mi>
             s 
           </mi> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msubsup> 
          <mo>
            : 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             s 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            ∈ 
          </mo> 
          <mi>
            S 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mo>
            ± 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mo>
            ≥ 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>where the empty product is interpreted as the identity element 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         e 
       </mi> 
      </math>.</p>
     <p>Proof. Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         H 
       </mi> 
      </math> be the set on the right-hand side. We show that 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           〈 
         </mo> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mo>
           〉 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>First, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mo>
          ⊆ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           〈 
         </mo> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mo>
           〉 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> because any product of elements from 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         S 
       </mi> 
      </math> and their inverses must belong to any subgroup containing 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         S 
       </mi> 
      </math>.</p>
     <p>Conversely, we show that 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         H 
       </mi> 
      </math> is itself a subgroup containing 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         S 
       </mi> 
      </math>:</p>
     <p>• 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mo>
          ⊆ 
        </mo> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> since each 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          s 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> can be written as 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>• 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         H 
       </mi> 
      </math> is closed under products: if 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>, then 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <msubsup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>• 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         H 
       </mi> 
      </math> is closed under inverses: if 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>, then 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>Therefore, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         H 
       </mi> 
      </math> is a subgroup containing 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         S 
       </mi> 
      </math>, so 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           〈 
         </mo> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mo>
           〉 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⊆ 
        </mo> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>Hence 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           〈 
         </mo> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mo>
           〉 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>Theorem 4.4 (Product Values and Generated Subgroups). Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> and consider the set of all possible permuted products:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            : 
          </mo> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            ∈ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             S 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>Then:</p>
     <p>1) 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mo>
          ⊆ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           〈 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           〉 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>2) If all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> pairwise commute, then 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           P 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is a singleton.</p>
     <p>3) In general, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         S 
       </mi> 
      </math> is contained in a single coset of the commutator subgroup 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> within 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           〈 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           〉 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>Proof. 1) Each product 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math> is a product of the elements 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> (in some order), so it belongs to 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           〈 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           〉 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>2) If all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> commute pairwise, then by the Permutation Invariance Theorem for abelian groups, all permuted products are equal.</p>
     <p>3) Consider the natural homomorphism 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
        <mo>
          → 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mo>
           / 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>. Since 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mo>
           / 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is abelian, we have:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>which is independent of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         σ 
       </mi> 
      </math>. Therefore, all elements of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         S 
       </mi> 
      </math> have the same image under 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ϕ 
       </mi> 
      </math>, meaning they all lie in the same coset of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
    </sec>
    <sec id="s4_3">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>4.3. Example: Symmetric Group 

      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msub> 
   
         <mi>
          
    S
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    3
   
         </mn> 
  
        </msub> 
 
       </mrow>

      </math></title>
     <p>Example 4.5 (Subgroups of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>). The symmetric group 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> has the following subgroups <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-4">
       [4]
      </xref>:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              12 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              13 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              23 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              123 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              132 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              123 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              132 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mtext>
            alternating subgroup 
          </mtext> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           〈 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              12 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           〉 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              12 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           〈 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              13 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           〉 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              13 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           〈 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              23 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           〉 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              23 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>Example 4.6 (Product Dependence in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>). Consider 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            12 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            13 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>. Then:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            12 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            13 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            132 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            13 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            12 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            123 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>So 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mo>
          ≠ 
        </mo> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>. The subgroup generated is 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           〈 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            b 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           〉 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, and the set of permuted products is 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              132 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              123 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, which is a proper subset of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> but contains more than one element.</p>
     <p>Example 4.7 (Commutator Discrepancy in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>). Let us compute the commutator discrepancy for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            12 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            13 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            23 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>. Consider the identity permutation 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> and the permutation 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> which sends 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            b 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            c 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> to 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            b 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            c 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>. Then:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mo>
              ; 
            </mo> 
            <mi>
              a 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              b 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              c 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mi>
               c 
             </mi> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              a 
            </mi> 
            <mi>
              b 
            </mi> 
            <mi>
              c 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 13 
               </mn> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 23 
               </mn> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 12 
               </mn> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                12 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                13 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                23 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 132 
               </mn> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              123 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              123 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              123 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              132 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </math></p>
     <p>This shows how the commutator discrepancy captures the non-commutativity in the group structure.</p>
     <p>Example 4.8 (Product Symmetry Group in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>). For elements 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            12 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            13 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, the product symmetry group 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          Σ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            b 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> consists of permutations 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> such that 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>. Since 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            132 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            123 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ≠ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            132 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, we have 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          Σ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            b 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, showing that only the identity permutation preserves the product value in this non-commutative case.</p>
     <p>Theorem 4.9 (Criterion for Permutation Invariance). Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>. The following are equivalent:</p>
     <p>1) 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math> for all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>2) All elements 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> pairwise commute.</p>
     <p>3) The subgroup 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           〈 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           〉 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is abelian.</p>
     <p>Proof. 1) 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mo>
         ⇒ 
       </mo> 
      </math> 2): If all permuted products are equal, then in particular for the transposition 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, we have:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>Cancelling the common prefix 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> and suffix 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> (using the cancellation laws), we get 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>. Since any transposition can be expressed as a product of adjacent transpositions, all elements pairwise commute.</p>
     <p>2) 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mo>
         ⇒ 
       </mo> 
      </math> 3): If all generators commute, then any two elements of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           〈 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           〉 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, being products of these generators and their inverses, will commute.</p>
     <p>3) 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mo>
         ⇒ 
       </mo> 
      </math> 1): If 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           〈 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           〉 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is abelian, then the Permutation Invariance Theorem applies within this subgroup.</p>
    </sec>
   </sec>
   <sec id="s5">
    <title>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>5. Advanced Theory of Non-Commutative Product Structures</title>
    <sec id="s5_1">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>5.1. Quantitative Measures of Non-Commutativity</title>
     <p>Definition 5.1 (Commutator). For elements 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> in a group 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         G 
       </mi> 
      </math>, the commutator of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         a 
       </mi> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         b 
       </mi> 
      </math> is defined as:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            b 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <msup> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>The commutator measures the failure of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         a 
       </mi> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         b 
       </mi> 
      </math> to commute, since 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            b 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> if and only if 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-5">
       [5]
      </xref>.</p>
     <p>Definition 5.2 (Commutator Discrepancy). For elements 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> and a permutation 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, the commutator discrepancy is defined as:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            ; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <munderover> 
             <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
              <mo>
                ∏ 
              </mo> 
             </mstyle> 
             <mrow> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mo>
                = 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </munderover> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                σ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>This measures how much the permuted product differs from the original product.</p>
     <p>Theorem 5.3 (Properties of Commutator Discrepancy). The commutator discrepancy satisfies:</p>
     <p>1) 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            ; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, the commutator subgroup.</p>
     <p>2) 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mo>
            ; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mo>
              ; 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mo>
              ⋯ 
            </mo> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>3) For any 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>: 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            ; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mo>
            ; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            ; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>4) 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            ; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> for all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         σ 
       </mi> 
      </math> if and only if all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> pairwise commute.</p>
     <p>Proof. 1) Consider the abelianization homomorphism 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
        <mo>
          → 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mo>
           / 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>. Since 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mo>
           / 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is abelian:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>Thus 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mo>
              ; 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mo>
              ⋯ 
            </mo> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, so 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            ; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>2) Direct computation:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msup> 
            <mo>
              ; 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                σ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mo>
              ⋯ 
            </mo> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                σ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <munderover> 
              <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
               <mo>
                 ∏ 
               </mo> 
              </mstyle> 
              <mrow> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mo>
                 = 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </munderover> 
             <mtext>
                 
             </mtext> 
             <msub> 
              <mi>
                a 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  σ 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msup> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   σ 
                 </mi> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    ( 
                  </mo> 
                  <mi>
                    v 
                  </mi> 
                  <mo>
                    ) 
                  </mo> 
                 </mrow> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <munderover> 
             <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
              <mo>
                ∏ 
              </mo> 
             </mstyle> 
             <mrow> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mo>
                = 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </munderover> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                σ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <munderover> 
              <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
               <mo>
                 ∏ 
               </mo> 
              </mstyle> 
              <mrow> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mo>
                 = 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </munderover> 
             <mtext>
                 
             </mtext> 
             <msub> 
              <mi>
                a 
              </mi> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <munderover> 
             <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
              <mo>
                ∏ 
              </mo> 
             </mstyle> 
             <mrow> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mo>
                = 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </munderover> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                σ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
             <mo>
               ; 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                a 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mo>
               ⋯ 
             </mo> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                a 
              </mi> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mo>
            . 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </math></p>
     <p>3) Compute:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              τ 
            </mi> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mo>
              ; 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mo>
              ⋯ 
            </mo> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <munderover> 
              <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
               <mo>
                 ∏ 
               </mo> 
              </mstyle> 
              <mrow> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mo>
                 = 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </munderover> 
             <mtext>
                 
             </mtext> 
             <msub> 
              <mi>
                a 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 τ 
               </mi> 
               <mi>
                 σ 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mi>
                  v 
                </mi> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <munderover> 
             <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
              <mo>
                ∏ 
              </mo> 
             </mstyle> 
             <mrow> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mo>
                = 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </munderover> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <munderover> 
                 <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
                  <mo>
                    ∏ 
                  </mo> 
                 </mstyle> 
                 <mrow> 
                  <mi>
                    v 
                  </mi> 
                  <mo>
                    = 
                  </mo> 
                  <mn>
                    1 
                  </mn> 
                 </mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                </munderover> 
                <mtext>
                    
                </mtext> 
                <msub> 
                 <mi>
                   a 
                 </mi> 
                 <mrow> 
                  <mi>
                    τ 
                  </mi> 
                  <mi>
                    σ 
                  </mi> 
                  <mrow> 
                   <mo>
                     ( 
                   </mo> 
                   <mi>
                     v 
                   </mi> 
                   <mo>
                     ) 
                   </mo> 
                  </mrow> 
                 </mrow> 
                </msub> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msup> 
            <mo>
              ⋅ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <munderover> 
               <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
                <mo>
                  ∏ 
                </mo> 
               </mstyle> 
               <mrow> 
                <mi>
                  v 
                </mi> 
                <mo>
                  = 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
              </munderover> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
              <msub> 
               <mi>
                 a 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  σ 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ( 
                 </mo> 
                 <mi>
                   v 
                 </mi> 
                 <mo>
                   ) 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <munderover> 
                 <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
                  <mo>
                    ∏ 
                  </mo> 
                 </mstyle> 
                 <mrow> 
                  <mi>
                    v 
                  </mi> 
                  <mo>
                    = 
                  </mo> 
                  <mn>
                    1 
                  </mn> 
                 </mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                </munderover> 
                <mtext>
                    
                </mtext> 
                <msub> 
                 <mi>
                   a 
                 </mi> 
                 <mrow> 
                  <mi>
                    σ 
                  </mi> 
                  <mrow> 
                   <mo>
                     ( 
                   </mo> 
                   <mi>
                     v 
                   </mi> 
                   <mo>
                     ) 
                   </mo> 
                  </mrow> 
                 </mrow> 
                </msub> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msup> 
            <mo>
              ⋅ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <munderover> 
               <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
                <mo>
                  ∏ 
                </mo> 
               </mstyle> 
               <mrow> 
                <mi>
                  v 
                </mi> 
                <mo>
                  = 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
              </munderover> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
              <msub> 
               <mi>
                 a 
               </mi> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              τ 
            </mi> 
            <mo>
              ; 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                σ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mo>
              ⋯ 
            </mo> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                σ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mo>
              ; 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mo>
              ⋯ 
            </mo> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            . 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </math></p>
     <p>4) If all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> commute, then all permuted products are equal, so 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            ; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>. Conversely, if 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            ; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> for all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         σ 
       </mi> 
      </math>, then in particular for transpositions, we get that all elements commute.</p>
    </sec>
    <sec id="s5_2">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>5.2. Commutator Product Formula</title>
     <p>Theorem 5.4 (Commutator Product Formula). For any permutation 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, the commutator discrepancy can be expressed as a product of commutators:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            ; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              j 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ∈ 
          </mo> 
          <mtext>
            Inv 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </munder> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mi>
              j 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>where 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Inv 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              j 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            : 
          </mo> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            &lt; 
          </mo> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            and 
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            &gt; 
          </mo> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is the set of inversions of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         σ 
       </mi> 
      </math>, and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mo>
          ± 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> depends on the specific expression of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         σ 
       </mi> 
      </math> as a product of adjacent transpositions <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-5">
       [5]
      </xref>.</p>
     <p>Proof. Express 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         σ 
       </mi> 
      </math> as a product of adjacent transpositions: 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, where each 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> swaps two adjacent elements. Then:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mo>
              ; 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mo>
              ⋯ 
            </mo> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               τ 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              ; 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mo>
              ⋯ 
            </mo> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               τ 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              ; 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 τ 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mo>
              ⋯ 
            </mo> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 τ 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               τ 
             </mi> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              ; 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 τ 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
              <mo>
                ⋯ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 τ 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  k 
                </mi> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mo>
              ⋯ 
            </mo> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 τ 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
              <mo>
                ⋯ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 τ 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  k 
                </mi> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            . 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </math></p>
     <p>Now, each 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mo>
            ; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             b 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             b 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> for an adjacent transposition 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mo>
            ; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             b 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             b 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              ⋯ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              ⋯ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             b 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             b 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ± 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>The sign depends on whether the transposition increases or decreases the number of inversions. The product over all these adjacent transpositions gives the desired formula.</p>
     <p>Remark 5.5 (Beyond Adjacent Transpositions). The analysis of commutator discrepancies extends beyond simple adjacent transpositions to arbitrary permutations. For any permutation 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         σ 
       </mi> 
      </math>, the commutator discrepancy 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            ; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> can be computed by decomposing 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         σ 
       </mi> 
      </math> into a product of transpositions (not necessarily adjacent) and applying the commutator formula iteratively. This provides a powerful tool for analyzing more general word problems in groups <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-6">
       [6]
      </xref>, where we need to understand when two different words (not just related by adjacent transpositions) represent the same group element. The key insight is that any permutation can be built from transpositions, and each transposition contributes a commutator factor to the overall discrepancy.</p>
    </sec>
    <sec id="s5_3">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>5.3. Symmetry and Invariance Properties</title>
     <p>Definition 5.6 (Product Symmetry Group). For elements 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, the product symmetry group is defined as:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          Σ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            ∈ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             S 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            : 
          </mo> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>This is the set of permutations that preserve the product value.</p>
     <p>Theorem 5.7 (Structure of Product Symmetry Group). The product symmetry group 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          Σ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is a subgroup of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> with the following properties:</p>
     <p>1) If all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> commute pairwise, then 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          Σ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>2) The index 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             S 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            : 
          </mo> 
          <mi>
            Σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mo>
              ⋯ 
            </mo> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> divides the order of the commutator subgroup 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>3) 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          Σ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> contains all permutations that only rearrange commuting elements.</p>
     <p>Proof. 1) If all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> commute, then by the Permutation Invariance Theorem, all permutations preserve the product.</p>
     <p>2) Consider the map 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          → 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mo>
           / 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> defined by:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <munderover> 
             <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
              <mo>
                ∏ 
              </mo> 
             </mstyle> 
             <mrow> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mo>
                = 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </munderover> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mi>
          mod 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>This is a group homomorphism with kernel 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          Σ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>. By the first isomorphism theorem:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             S 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           / 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            Σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mo>
              ⋯ 
            </mo> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ≅ 
        </mo> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             S 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⊆ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mo>
           / 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>so 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             S 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            : 
          </mo> 
          <mi>
            Σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mo>
              ⋯ 
            </mo> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               S 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> divides 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             G 
           </mi> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                G 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                G 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>3) If 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         σ 
       </mi> 
      </math> only rearranges elements that commute with each other, then the product remains unchanged.</p>
     <p>Theorem 5.8 (Orbit-Stabilizer for Product Values). Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mstyle displaystyle="true"> 
           <msubsup> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               = 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                σ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mstyle> 
          <mo>
            : 
          </mo> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            ∈ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             S 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> be the set of all values of permuted products. Then:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mo>
            ! 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              Σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 a 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mo>
                ⋯ 
              </mo> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 a 
               </mi> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         S 
       </mi> 
      </math> forms a single orbit under the action of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> on 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         G 
       </mi> 
      </math> by permutation of factors <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-3">
       [3]
      </xref>.</p>
     <p>Proof. This is a direct application of the orbit-stabilizer theorem. The group 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> acts on the set of all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         n 
       </mi> 
      </math>-tuples 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> by permutation of coordinates. The orbit of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> under this action has size 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, and the stabilizer is exactly 
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          Σ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>. Therefore:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             S 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            : 
          </mo> 
          <mi>
            Σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mo>
              ⋯ 
            </mo> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mo>
            ! 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              Σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 a 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mo>
                ⋯ 
              </mo> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 a 
               </mi> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
    </sec>
    <sec id="s5_4">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>5.4. Extended Commutation Graph Theory</title>
     <p>Definition 5.9 (Commutation Graph). For elements 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, the commutation graph 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          Γ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is the graph with:</p>
     <p>• Vertices: 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>• Edges: 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> such that 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>Definition 5.10 (Weighted Commutation Graph). The weighted commutation graph 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Γ 
         </mi> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> has the same vertices, but edges 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are weighted by the commutator 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> when 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          ≠ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, and weight 1 otherwise.</p>
     <p>Theorem 5.11 (Tree Preservation Theorem). If the commutation graph 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          Γ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is a tree, then for any two permutations 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> that differ by adjacent transpositions of commuting elements, we have:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>Proof. We proceed by induction on the distance between 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         σ 
       </mi> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         τ 
       </mi> 
      </math> in the Cayley graph of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> generated by transpositions of commuting elements.</p>
     <p>Base Case: If 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         σ 
       </mi> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         τ 
       </mi> 
      </math> differ by a single transposition 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> where 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> commute, then clearly the products are equal.</p>
     <p>Inductive Step: Suppose the distance is 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mo>
          &gt; 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>. Since the commutation graph is a tree, there is a unique path between any two vertices. This allows us to rearrange the sequence of transpositions so that they can be applied in a different order without changing the final product.</p>
     <p>More formally, if we have a sequence of transpositions:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           π 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          → 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           π 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          → 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          → 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           π 
         </mi> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>where each step swaps two commuting adjacent elements, then because the commutation graph is a tree, we can reorder these transpositions so that they act on disjoint pairs, and the product remains unchanged throughout this reorganization.</p>
     <p>Corollary 5.12. If 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          Γ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is connected, then all products 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math> lie in a single coset of the commutator subgroup 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>Proof. By the Tree Preservation Theorem, any two permutations connected by a path of commuting transpositions yield the same product modulo commutators. Since the graph is connected, any two permutations can be connected by such a path (though the path may involve non-adjacent transpositions, which can be decomposed into adjacent ones). Therefore, all products are equal modulo 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
    </sec>
    <sec id="s5_5">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>5.5. Nilpotent Groups and Commutator Bounds</title>
     <p>Definition 5.13 (Nilpotent Group). A group 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         G 
       </mi> 
      </math> is nilpotent of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         c 
       </mi> 
      </math> if the lower central series terminates at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> after 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         c 
       </mi> 
      </math> steps:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⊇ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⊇ 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          ⊇ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            c 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>where 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             G 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-2">
       [2]
      </xref>.</p>
     <p>Theorem 5.14 (Commutator Bounds in Nilpotent Groups). For elements 
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> in a nilpotent group 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         G 
       </mi> 
      </math> of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         c 
       </mi> 
      </math>, the commutator discrepancy satisfies:</p>
     <p>
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mo>
              ; 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mo>
              ⋯ 
            </mo> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          for 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          some 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>Moreover, if all commutators 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> have order dividing 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         d 
       </mi> 
      </math>, then:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mo>
              ; 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mo>
              ⋯ 
            </mo> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              c 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>Proof. In a nilpotent group of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         c 
       </mi> 
      </math>, any commutator of weight 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> is trivial. The expression for 
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            ; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> from the Commutator Product Formula involves products of commutators of the elements 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>Each commutator 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> has order dividing some number, and in a nilpotent group, higher commutators become trivial. By the Hall-Witt identity and properties of the lower central series, we can bound the exponent needed to make all these commutator products trivial.</p>
     <p>For the specific bound 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            c 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math>, we use induction on the nilpotency class and the fact that in a nilpotent group of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         c 
       </mi> 
      </math>, the 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         c 
       </mi> 
      </math>-fold commutator of any elements is trivial <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-5">
       [5]
      </xref>.</p>
    </sec>
   </sec>
   <sec id="s6">
    <title>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>6. Geometric and Topological Interpretations</title>
    <sec id="s6_1">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>6.1. Product Polytopes and Their Geometry</title>
     <p>Definition 6.1 (Product Polytope). For elements 
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> in a group 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         G 
       </mi> 
      </math>, the product polytope 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is defined as the convex hull in the group algebra 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> of the points corresponding to all permuted products:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mtext>
          conv 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munderover> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∏ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            : 
          </mo> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            ∈ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             S 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>Here, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is the real vector space with basis elements corresponding to group elements 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>. Each permuted product 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math> is identified with the basis vector corresponding to that group element, and the convex hull is taken in this finite-dimensional real vector space <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-7">
       [7]
      </xref>.</p>
     <p>Theorem 6.2 (Extremal Points Theorem). The vertices of the product polytope 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> correspond to products 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math> where 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         σ 
       </mi> 
      </math> is a permutation that maximizes or minimizes certain word metrics on 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         G 
       </mi> 
      </math>. In particular:</p>
     <p>1) If 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         G 
       </mi> 
      </math> is a Coxeter group with generating set 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         S 
       </mi> 
      </math>, and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, then the vertices correspond to reduced decompositions of the product <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-8">
       [8]
      </xref>.</p>
     <p>2) The diameter of the polytope is related to the maximum commutator discrepancy.</p>
     <p>3) The polytope is a singleton if and only if all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> commute pairwise.</p>
     <p>Proof. 1) In a Coxeter group with the word metric, geodesic paths correspond to reduced decompositions. The extreme points of the polytope occur when the product cannot be “shortened” by any permutation, which happens precisely for reduced decompositions.</p>
     <p>2) The diameter of the polytope in the word metric is the maximum distance between any two permuted products, which is related to the maximum commutator discrepancy.</p>
     <p>3) If all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> commute, then all permuted products are equal, so the polytope is a single point. Conversely, if the polytope is a singleton, then all products are equal, so all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> commute.</p>
    </sec>
    <sec id="s6_2">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>6.2. Homological Interpretation</title>
     <p>Theorem 6.3 (Cohomological Interpretation). The map 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          → 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> defined by 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            ; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is a 1-cocycle in group cohomology, representing a class in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             S 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>. This class vanishes if and only if all products 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math> are equal <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-9">
       [9]
      </xref>.</p>
     <p>Proof. We already established the cocycle condition:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          for 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          all 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>This is exactly the condition for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         δ 
       </mi> 
      </math> to be a 1-cocycle in group cohomology with coefficients in the 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>-module 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> (with trivial action, since 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> acts trivially on 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> in this context).</p>
     <p>The cohomology class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             S 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> vanishes if and only if 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         δ 
       </mi> 
      </math> is a coboundary, i.e., there exists 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> such that:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </msup> 
        <msup> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          for 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          all 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>since the action is trivial. Therefore, the class vanishes if and only if 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> for all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         σ 
       </mi> 
      </math>, which happens if and only if all permuted products are equal.</p>
    </sec>
   </sec>
   <sec id="s7">
    <title>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>7. Algorithmic and Computational Aspects</title>
    <p>Remark 7.1 (Motivation for Computational Analysis). The study of product equivalence problems has significant implications in computational group theory, cryptography, and verification of algebraic systems <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-10">
      [10]
     </xref>. Understanding the computational complexity of determining when different products yield the same group element provides insights into the intrinsic difficulty of working with non-commutative structures and has practical applications in algorithm design and complexity theory.</p>
    <sec id="s7_1">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>7.1. Complexity of Product Equivalence</title>
     <p>Theorem 7.2 (Polynomial Time Decision). Given elements 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> in a finite group 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         G 
       </mi> 
      </math> (by Cayley table), the problem of determining whether 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math> for all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> is in the complexity class P <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-10">
       [10]
      </xref>.</p>
     <p>Proof. We provide an explicit polynomial-time algorithm:</p>
     <p>Algorithm:</p>
     <p>1. Input: Elements 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> (given as elements of the Cayley table)</p>
     <p>2. Step 1: For all pairs 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mo>
          &lt; 
        </mo> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, check if 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>• This requires 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> multiplications in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         G 
       </mi> 
      </math></p>
     <p>• Each multiplication takes 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> time using the Cayley table</p>
     <p>3. Step 2: If all pairs commute, output “YES” (all products equal)</p>
     <p>4. Step 3: Otherwise, find a non-commuting pair 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>5. Step 4: Construct the permutation 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         σ 
       </mi> 
      </math> that swaps positions 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         i 
       </mi> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         j 
       </mi> 
      </math> while keeping all other positions fixed</p>
     <p>6. Step 5: Compute 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          Q 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>• Each product computation takes 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> multiplications</p>
     <p>7. Step 6: If 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mo>
          ≠ 
        </mo> 
        <mi>
          Q 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, output “NO” (products not all equal)</p>
     <p>8. Otherwise, continue checking other non-commuting pairs if necessary</p>
     <p>Complexity Analysis:</p>
     <p>• Step 1: 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> operations</p>
     <p>• Steps 4 - 6: 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> operations per non-commuting pair</p>
     <p>• Total: 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            # 
          </mo> 
          <mtext>
            non-commuting pairs 
          </mtext> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> since there are at most 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> pairs</p>
     <p>Therefore, the algorithm runs in polynomial time 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
    </sec>
    <sec id="s7_2">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>7.2. Average Case Analysis</title>
     <p>Theorem 7.3 (Average Discrepancy in Finite Groups). For a finite group 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         G 
       </mi> 
      </math>, let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          Δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> be the expected value of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mo>
              ∈ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               S 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              : 
            </mo> 
            <mstyle displaystyle="true"> 
             <mo>
               ∏ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 a 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  σ 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ( 
                 </mo> 
                 <mi>
                   v 
                 </mi> 
                 <mo>
                   ) 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mstyle> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mstyle displaystyle="true"> 
             <mo>
               ∏ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 a 
               </mi> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mstyle> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> for random 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>. Then:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mo>
          ! 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mi>
                  Z 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ( 
                 </mo> 
                 <mi>
                   G 
                 </mi> 
                 <mo>
                   ) 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
               <mi>
                 G 
               </mi> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mi>
               G 
             </mi> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>where 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          Z 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is the center of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         G 
       </mi> 
      </math>.</p>
     <p>Proof. The main term comes from analyzing the case when the choice of elements makes all products equal. This happens with high probability when the elements are all central.</p>
     <p>Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              Z 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               G 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
           <mi>
             G 
           </mi> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
       </mrow> 
      </math> be the probability that a random element lies in the center. The probability that all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         n 
       </mi> 
      </math> randomly chosen elements lie in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          Z 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math>. In this case, all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mo>
          ! 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math> permutations give the same product.</p>
     <p>When not all elements are central, the number of preserving permutations is typically much smaller. The error term accounts for:</p>
     <p>• The probability that exactly 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         k 
       </mi> 
      </math> elements are central for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          &lt; 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>• The expected number of preserving permutations in these cases.</p>
     <p>• Boundary cases where some non-central elements happen to commute with each other.</p>
     <p>A detailed proof uses the orbit-stabilizer theorem, careful counting of tuples with specified commutativity patterns, and asymptotic analysis of the probabilities involved.</p>
    </sec>
   </sec>
   <sec id="s8">
    <title>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>8. Connections to Open Problems and Further Research</title>
    <sec id="s8_1">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>8.1. The Group Identity Problem</title>
     <p>Problem 8.1 (Group Identity Problem). Given a finite set of group identities (equations that must hold for all elements of the group), does there exist an algorithm to determine whether there exists a non-abelian group satisfying these identities? <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-11">
       [11]
      </xref></p>
     <p>Remark 8.2 Our work studies the simplest case of this problem—the identity of commutativity for complex products. We have completely characterized when 
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∏ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math> for all permutations 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         σ 
       </mi> 
      </math>: this happens if and only if the elements pairwise commute. This provides a template for investigating more complex identities.</p>
    </sec>
    <sec id="s8_2">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>8.2. Word Problem in Groups</title>
     <p>Problem 8.3 (Word Problem). For a given group presentation, is there an algorithm to determine whether two words in the generators represent the same group element? <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-6">
       [6]
      </xref></p>
     <p>Remark 8.4 Our counterexamples in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> provide explicit instances of the word problem: we showed that 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> represent different group elements despite involving the same letters. The techniques developed in this paper, particularly the analysis of commutator discrepancies, could be applied to more general word problems.</p>
     <p>Remark 8.5 (Extension to General Word Problems). The commutator discrepancy analysis developed in this paper extends beyond simple permutation of factors to more general word problems. For any two words 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> in the generators of a group, we can analyze their difference by decomposing the transformation from 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> to 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> into elementary steps (insertions, deletions, and transpositions) and tracking the commutators that arise at each step. This provides a systematic method for determining when two different words represent the same group element, which is fundamental to the solution of the word problem in various classes of groups <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-6">
       [6]
      </xref>.</p>
    </sec>
    <sec id="s8_3">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>8.3. Burnside Problem and Bounded Exponentiation</title>
     <p>Problem 8.6 (Burnside Problem). For which positive integers 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> is every group with 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         m 
       </mi> 
      </math> generators in which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> for all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         x 
       </mi> 
      </math> necessarily finite? <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-12">
       [12]
      </xref></p>
     <p>Remark 8.7. Our results on commutator bounds in nilpotent groups relate to the restricted Burnside problem. The bounds on the exponent of commutator discrepancies in nilpotent groups of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         c 
       </mi> 
      </math> provide quantitative information about the structure of such groups <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-12">
       [12]
      </xref>.</p>
    </sec>
   </sec>
   <sec id="s9">
    <title>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>9. Conclusion and Future Research Directions</title>
    <sec id="s9_1">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>9.1. Summary of Contributions</title>
     <p>This research has systematically developed the theory of complex products in groups, providing:</p>
     <p>• Complete characterization of when complex products are permutation-invariant.</p>
     <p>• Deep connections between product combinatorics and subgroup structure.</p>
     <p>• Quantitative measures of non-commutativity through commutator discrepancies.</p>
     <p>• Geometric interpretations via product polytopes.</p>
     <p>• Computational algorithms and complexity analysis.</p>
     <p>• Connections to fundamental open problems in group theory.</p>
    </sec>
    <sec id="s9_2">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>9.2. Promising Research Directions</title>
     <p>Based on our analysis, we identify the following particularly promising directions for future research:</p>
     <p>1) Classification of Product-Invariant Groups: Characterizing groups in which specific product identities hold for all choices of elements. This direction is promising because it connects local commutativity conditions with global algebraic structure, potentially leading to new classification theorems for families of groups with prescribed product identities.</p>
     <p>2) Algorithmic Applications in Group-Based Cryptography: Developing cryptographic protocols based on the hardness of product equivalence problems. This direction has immediate practical applications, as the computational complexity of product equivalence in non-abelian groups could provide the foundation for new cryptographic primitives resistant to quantum attacks.</p>
     <p>3) Connections to Representation Theory and Non-Commutative Harmonic Analysis: Investigating how complex product behavior manifests in character theory and representation theory. This direction is particularly promising, because it could reveal deep connections between the combinatorial structure of products and the analytic structure of group representations, with potential applications in mathematical physics and quantum mechanics.</p>
    </sec>
    <sec id="s9_3">
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.147415-"></xref>9.3. Final Remarks</title>
     <p>The study of complex products in groups reveals a rich interplay between elementary combinatorics and deep algebraic structure. The transition from the well-behaved world of abelian groups to the complex landscape of non-abelian groups demonstrates how local commutativity properties influence global algebraic behavior.</p>
     <p>This research provides not only specific mathematical results but also a framework for thinking about product structures in algebraic systems. The connections established between product combinatorics, subgroup theory, geometric interpretations, and computational complexity suggest that this is a fertile area for continued mathematical investigation.</p>
     <p>The elementary nature of the starting point—basic product notation—belies the depth and sophistication of the resulting theory, demonstrating how careful analysis of fundamental concepts can lead to profound mathematical insights.</p>
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