다시 한 번 집고 넘어가보자. Group G의 Subgroup H의 Left Coset을 아래와 같이 정의했다.

위 식을 가지고 Right Coset을 정의하면 아래와 같다.

Right Coset들도 역시 Congruence Relation을 이루는 Equivalence Class이다. Left Coset의 Equivalence Relation과 비교해보자.

Right Coset과 Left Coset은 일치하지 않을 수 있다. Cosets 관련 포스트에서 계속 예로 들어온 S₃ 과 Subgroup {1, xy} 에서의 Right Coset은 아래와 같다.

반면에 Left Coset은 아래와 같았다.

이렇게 Left와 Right Coset으로 나뉘어진 Partition은 다를 수 있으나.., 그런데 N이 Normal Subgroup일 경우엔 Left와 Right Coset이 서로 같게 된다.

여기서 Normal Subgroup이 뭐였는지에 대해 잠깐 복습해보자.

Definition. 다음 속성을 갖는 Group G의 Subgroup N을 Normal Subgroup이라고 부른다: 모든 a ∈ N와 모든 b ∈ G에 대하여 Conjugate bab^-1은 N의 엘리먼트이다. (여기서 Subgroup N이 꼭 Kernel일 필요는 없다)

다시 본론으로 돌아와서 Normal Subgroup으로 만들어진 Left와 Right Coset에 대해 살펴보자.

Proof. H가 Normal이라고 하자. 그러면 Normal의 정의에 의해 h ∈ H와 a ∈ G에 대하여

이게 된다. 제일 오른쪽 두 항이 서로 역이라서 소거되므로 둘은 같다.

H가 Normal Subgroup이기 때문에 (Normal의 정의에 의해) Conjugate 엘리먼트인 k = aha^-1 은 H의 엘리먼트이기도 하게된다. 따라서 엘리먼트 ah는 ah = ka 가 성립하고, 이 엘리먼트는 aH에도 속하고, Ha에도 속한다. 즉, aH ⊂ Ha 이며, aH ⊃ Ha 이므로 두 Coset들은 서로 같게 된다.

이번엔 반대로 H가 Normal이 아닌 경우를 생각해보자. 그러면 aha^-1 ∉ H인 엘리먼트 h ∈ H 와 a ∈ G 가 존재할 것이다. 그리고 ah는 Left Coset인 aH의 엘리먼트이지만 Right Coset인 Ha의 엘리먼트는 아니게 된다. 근데 만일에 ah가 Right Coset에도 포함된다고 생각해보자. ah = h'a for some h' ∈ H 이고, 그러면 aha^-1 = h' (aa^-1) ∈ H 이게 된다. 이러면 애초에 Normal이 아닌 조건, 즉 aha^-1 ∉ H 였으므로 모순이 된다. 따라서 Normal Subgroup이 아니면 Left Coset과 Right Coset이 같을 수가 없는 것이다.

한가지 더, aH와 Ha가 공통의 엘리먼트를 하나 갖고 있다고 하자. 그 엘리먼트는 분명히 a이다. 따라서 aH는 a말고 다른 Right Coset과 같은 것이 있을 수 없다. 이를 통해 Left Coset으로 나뉘어진 Partition과 Right Coset으로 나뉘어진 Partition이 같을 수가 없다는 것을 확인할 수 있다.