MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  cyggexb Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem cyggexb 18346
Description: A finite abelian group is cyclic iff the exponent equals the order of the group. (Contributed by Mario Carneiro, 21-Apr-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
cygctb.1 𝐵 = (Base‘𝐺)
cyggex.o 𝐸 = (gEx‘𝐺)
Assertion
Ref Expression
cyggexb ((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (𝐺 ∈ CycGrp ↔ 𝐸 = (#‘𝐵)))

Proof of Theorem cyggexb
Dummy variables 𝑛 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 cygctb.1 . . . . 5 𝐵 = (Base‘𝐺)
2 cyggex.o . . . . 5 𝐸 = (gEx‘𝐺)
31, 2cyggex 18345 . . . 4 ((𝐺 ∈ CycGrp ∧ 𝐵 ∈ Fin) → 𝐸 = (#‘𝐵))
43expcom 450 . . 3 (𝐵 ∈ Fin → (𝐺 ∈ CycGrp → 𝐸 = (#‘𝐵)))
54adantl 481 . 2 ((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (𝐺 ∈ CycGrp → 𝐸 = (#‘𝐵)))
6 simpll 805 . . . . 5 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → 𝐺 ∈ Abel)
7 ablgrp 18244 . . . . . . 7 (𝐺 ∈ Abel → 𝐺 ∈ Grp)
87ad2antrr 762 . . . . . 6 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → 𝐺 ∈ Grp)
9 simplr 807 . . . . . 6 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → 𝐵 ∈ Fin)
101, 2gexcl2 18050 . . . . . 6 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐵 ∈ Fin) → 𝐸 ∈ ℕ)
118, 9, 10syl2anc 694 . . . . 5 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → 𝐸 ∈ ℕ)
12 eqid 2651 . . . . . 6 (od‘𝐺) = (od‘𝐺)
131, 2, 12gexex 18302 . . . . 5 ((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐸 ∈ ℕ) → ∃𝑥𝐵 ((od‘𝐺)‘𝑥) = 𝐸)
146, 11, 13syl2anc 694 . . . 4 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → ∃𝑥𝐵 ((od‘𝐺)‘𝑥) = 𝐸)
15 simplr 807 . . . . . . 7 ((((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) ∧ 𝑥𝐵) → 𝐸 = (#‘𝐵))
1615eqeq2d 2661 . . . . . 6 ((((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) ∧ 𝑥𝐵) → (((od‘𝐺)‘𝑥) = 𝐸 ↔ ((od‘𝐺)‘𝑥) = (#‘𝐵)))
17 eqid 2651 . . . . . . . . . 10 (.g𝐺) = (.g𝐺)
18 eqid 2651 . . . . . . . . . 10 {𝑦𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g𝐺)𝑦)) = 𝐵} = {𝑦𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g𝐺)𝑦)) = 𝐵}
191, 17, 18, 12cyggenod 18332 . . . . . . . . 9 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (𝑥 ∈ {𝑦𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g𝐺)𝑦)) = 𝐵} ↔ (𝑥𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑥) = (#‘𝐵))))
208, 9, 19syl2anc 694 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → (𝑥 ∈ {𝑦𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g𝐺)𝑦)) = 𝐵} ↔ (𝑥𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑥) = (#‘𝐵))))
21 ne0i 3954 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ {𝑦𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g𝐺)𝑦)) = 𝐵} → {𝑦𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g𝐺)𝑦)) = 𝐵} ≠ ∅)
221, 17, 18iscyg2 18330 . . . . . . . . . . 11 (𝐺 ∈ CycGrp ↔ (𝐺 ∈ Grp ∧ {𝑦𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g𝐺)𝑦)) = 𝐵} ≠ ∅))
2322baib 964 . . . . . . . . . 10 (𝐺 ∈ Grp → (𝐺 ∈ CycGrp ↔ {𝑦𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g𝐺)𝑦)) = 𝐵} ≠ ∅))
248, 23syl 17 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → (𝐺 ∈ CycGrp ↔ {𝑦𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g𝐺)𝑦)) = 𝐵} ≠ ∅))
2521, 24syl5ibr 236 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → (𝑥 ∈ {𝑦𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g𝐺)𝑦)) = 𝐵} → 𝐺 ∈ CycGrp))
2620, 25sylbird 250 . . . . . . 7 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → ((𝑥𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑥) = (#‘𝐵)) → 𝐺 ∈ CycGrp))
2726expdimp 452 . . . . . 6 ((((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) ∧ 𝑥𝐵) → (((od‘𝐺)‘𝑥) = (#‘𝐵) → 𝐺 ∈ CycGrp))
2816, 27sylbid 230 . . . . 5 ((((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) ∧ 𝑥𝐵) → (((od‘𝐺)‘𝑥) = 𝐸𝐺 ∈ CycGrp))
2928rexlimdva 3060 . . . 4 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → (∃𝑥𝐵 ((od‘𝐺)‘𝑥) = 𝐸𝐺 ∈ CycGrp))
3014, 29mpd 15 . . 3 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → 𝐺 ∈ CycGrp)
3130ex 449 . 2 ((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (𝐸 = (#‘𝐵) → 𝐺 ∈ CycGrp))
325, 31impbid 202 1 ((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (𝐺 ∈ CycGrp ↔ 𝐸 = (#‘𝐵)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 383   = wceq 1523  wcel 2030  wne 2823  wrex 2942  {crab 2945  c0 3948  cmpt 4762  ran crn 5144  cfv 5926  (class class class)co 6690  Fincfn 7997  cn 11058  cz 11415  #chash 13157  Basecbs 15904  Grpcgrp 17469  .gcmg 17587  odcod 17990  gExcgex 17991  Abelcabl 18240  CycGrpccyg 18325
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1762  ax-4 1777  ax-5 1879  ax-6 1945  ax-7 1981  ax-8 2032  ax-9 2039  ax-10 2059  ax-11 2074  ax-12 2087  ax-13 2282  ax-ext 2631  ax-rep 4804  ax-sep 4814  ax-nul 4822  ax-pow 4873  ax-pr 4936  ax-un 6991  ax-inf2 8576  ax-cnex 10030  ax-resscn 10031  ax-1cn 10032  ax-icn 10033  ax-addcl 10034  ax-addrcl 10035  ax-mulcl 10036  ax-mulrcl 10037  ax-mulcom 10038  ax-addass 10039  ax-mulass 10040  ax-distr 10041  ax-i2m1 10042  ax-1ne0 10043  ax-1rid 10044  ax-rnegex 10045  ax-rrecex 10046  ax-cnre 10047  ax-pre-lttri 10048  ax-pre-lttrn 10049  ax-pre-ltadd 10050  ax-pre-mulgt0 10051  ax-pre-sup 10052
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1055  df-3an 1056  df-tru 1526  df-fal 1529  df-ex 1745  df-nf 1750  df-sb 1938  df-eu 2502  df-mo 2503  df-clab 2638  df-cleq 2644  df-clel 2647  df-nfc 2782  df-ne 2824  df-nel 2927  df-ral 2946  df-rex 2947  df-reu 2948  df-rmo 2949  df-rab 2950  df-v 3233  df-sbc 3469  df-csb 3567  df-dif 3610  df-un 3612  df-in 3614  df-ss 3621  df-pss 3623  df-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-tp 4215  df-op 4217  df-uni 4469  df-int 4508  df-iun 4554  df-disj 4653  df-br 4686  df-opab 4746  df-mpt 4763  df-tr 4786  df-id 5053  df-eprel 5058  df-po 5064  df-so 5065  df-fr 5102  df-se 5103  df-we 5104  df-xp 5149  df-rel 5150  df-cnv 5151  df-co 5152  df-dm 5153  df-rn 5154  df-res 5155  df-ima 5156  df-pred 5718  df-ord 5764  df-on 5765  df-lim 5766  df-suc 5767  df-iota 5889  df-fun 5928  df-fn 5929  df-f 5930  df-f1 5931  df-fo 5932  df-f1o 5933  df-fv 5934  df-isom 5935  df-riota 6651  df-ov 6693  df-oprab 6694  df-mpt2 6695  df-om 7108  df-1st 7210  df-2nd 7211  df-wrecs 7452  df-recs 7513  df-rdg 7551  df-1o 7605  df-2o 7606  df-oadd 7609  df-omul 7610  df-er 7787  df-ec 7789  df-qs 7793  df-map 7901  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-fin 8001  df-sup 8389  df-inf 8390  df-oi 8456  df-card 8803  df-acn 8806  df-pnf 10114  df-mnf 10115  df-xr 10116  df-ltxr 10117  df-le 10118  df-sub 10306  df-neg 10307  df-div 10723  df-nn 11059  df-2 11117  df-3 11118  df-n0 11331  df-z 11416  df-uz 11726  df-q 11827  df-rp 11871  df-fz 12365  df-fzo 12505  df-fl 12633  df-mod 12709  df-seq 12842  df-exp 12901  df-fac 13101  df-hash 13158  df-cj 13883  df-re 13884  df-im 13885  df-sqrt 14019  df-abs 14020  df-clim 14263  df-sum 14461  df-dvds 15028  df-gcd 15264  df-prm 15433  df-pc 15589  df-ndx 15907  df-slot 15908  df-base 15910  df-sets 15911  df-ress 15912  df-plusg 16001  df-0g 16149  df-mgm 17289  df-sgrp 17331  df-mnd 17342  df-grp 17472  df-minusg 17473  df-sbg 17474  df-mulg 17588  df-subg 17638  df-eqg 17640  df-od 17994  df-gex 17995  df-cmn 18241  df-abl 18242  df-cyg 18326
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator