MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  pgpfi1 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem pgpfi1 17950
Description: A finite group with order a power of a prime 𝑃 is a 𝑃-group. (Contributed by Mario Carneiro, 16-Jan-2015.)
Hypothesis
Ref Expression
pgpfi1.1 𝑋 = (Base‘𝐺)
Assertion
Ref Expression
pgpfi1 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → ((#‘𝑋) = (𝑃𝑁) → 𝑃 pGrp 𝐺))

Proof of Theorem pgpfi1
Dummy variables 𝑥 𝑛 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 simpl2 1063 . . 3 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (#‘𝑋) = (𝑃𝑁)) → 𝑃 ∈ ℙ)
2 simpl1 1062 . . 3 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (#‘𝑋) = (𝑃𝑁)) → 𝐺 ∈ Grp)
3 simpll3 1100 . . . . . 6 ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (#‘𝑋) = (𝑃𝑁)) ∧ 𝑥𝑋) → 𝑁 ∈ ℕ0)
42adantr 481 . . . . . . . 8 ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (#‘𝑋) = (𝑃𝑁)) ∧ 𝑥𝑋) → 𝐺 ∈ Grp)
5 simplr 791 . . . . . . . . . 10 ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (#‘𝑋) = (𝑃𝑁)) ∧ 𝑥𝑋) → (#‘𝑋) = (𝑃𝑁))
61adantr 481 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (#‘𝑋) = (𝑃𝑁)) ∧ 𝑥𝑋) → 𝑃 ∈ ℙ)
7 prmnn 15331 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℕ)
86, 7syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (#‘𝑋) = (𝑃𝑁)) ∧ 𝑥𝑋) → 𝑃 ∈ ℕ)
98, 3nnexpcld 12986 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (#‘𝑋) = (𝑃𝑁)) ∧ 𝑥𝑋) → (𝑃𝑁) ∈ ℕ)
109nnnn0d 11311 . . . . . . . . . 10 ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (#‘𝑋) = (𝑃𝑁)) ∧ 𝑥𝑋) → (𝑃𝑁) ∈ ℕ0)
115, 10eqeltrd 2698 . . . . . . . . 9 ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (#‘𝑋) = (𝑃𝑁)) ∧ 𝑥𝑋) → (#‘𝑋) ∈ ℕ0)
12 pgpfi1.1 . . . . . . . . . . 11 𝑋 = (Base‘𝐺)
13 fvex 6168 . . . . . . . . . . 11 (Base‘𝐺) ∈ V
1412, 13eqeltri 2694 . . . . . . . . . 10 𝑋 ∈ V
15 hashclb 13105 . . . . . . . . . 10 (𝑋 ∈ V → (𝑋 ∈ Fin ↔ (#‘𝑋) ∈ ℕ0))
1614, 15ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (𝑋 ∈ Fin ↔ (#‘𝑋) ∈ ℕ0)
1711, 16sylibr 224 . . . . . . . 8 ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (#‘𝑋) = (𝑃𝑁)) ∧ 𝑥𝑋) → 𝑋 ∈ Fin)
18 simpr 477 . . . . . . . 8 ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (#‘𝑋) = (𝑃𝑁)) ∧ 𝑥𝑋) → 𝑥𝑋)
19 eqid 2621 . . . . . . . . 9 (od‘𝐺) = (od‘𝐺)
2012, 19oddvds2 17923 . . . . . . . 8 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin ∧ 𝑥𝑋) → ((od‘𝐺)‘𝑥) ∥ (#‘𝑋))
214, 17, 18, 20syl3anc 1323 . . . . . . 7 ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (#‘𝑋) = (𝑃𝑁)) ∧ 𝑥𝑋) → ((od‘𝐺)‘𝑥) ∥ (#‘𝑋))
2221, 5breqtrd 4649 . . . . . 6 ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (#‘𝑋) = (𝑃𝑁)) ∧ 𝑥𝑋) → ((od‘𝐺)‘𝑥) ∥ (𝑃𝑁))
23 oveq2 6623 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑁 → (𝑃𝑛) = (𝑃𝑁))
2423breq2d 4635 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑁 → (((od‘𝐺)‘𝑥) ∥ (𝑃𝑛) ↔ ((od‘𝐺)‘𝑥) ∥ (𝑃𝑁)))
2524rspcev 3299 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑥) ∥ (𝑃𝑁)) → ∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) ∥ (𝑃𝑛))
263, 22, 25syl2anc 692 . . . . 5 ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (#‘𝑋) = (𝑃𝑁)) ∧ 𝑥𝑋) → ∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) ∥ (𝑃𝑛))
2712, 19odcl2 17922 . . . . . . 7 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin ∧ 𝑥𝑋) → ((od‘𝐺)‘𝑥) ∈ ℕ)
284, 17, 18, 27syl3anc 1323 . . . . . 6 ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (#‘𝑋) = (𝑃𝑁)) ∧ 𝑥𝑋) → ((od‘𝐺)‘𝑥) ∈ ℕ)
29 pcprmpw2 15529 . . . . . . 7 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ((od‘𝐺)‘𝑥) ∈ ℕ) → (∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) ∥ (𝑃𝑛) ↔ ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃↑(𝑃 pCnt ((od‘𝐺)‘𝑥)))))
30 pcprmpw 15530 . . . . . . 7 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ((od‘𝐺)‘𝑥) ∈ ℕ) → (∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑛) ↔ ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃↑(𝑃 pCnt ((od‘𝐺)‘𝑥)))))
3129, 30bitr4d 271 . . . . . 6 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ((od‘𝐺)‘𝑥) ∈ ℕ) → (∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) ∥ (𝑃𝑛) ↔ ∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑛)))
326, 28, 31syl2anc 692 . . . . 5 ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (#‘𝑋) = (𝑃𝑁)) ∧ 𝑥𝑋) → (∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) ∥ (𝑃𝑛) ↔ ∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑛)))
3326, 32mpbid 222 . . . 4 ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (#‘𝑋) = (𝑃𝑁)) ∧ 𝑥𝑋) → ∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑛))
3433ralrimiva 2962 . . 3 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (#‘𝑋) = (𝑃𝑁)) → ∀𝑥𝑋𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑛))
3512, 19ispgp 17947 . . 3 (𝑃 pGrp 𝐺 ↔ (𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥𝑋𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑛)))
361, 2, 34, 35syl3anbrc 1244 . 2 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (#‘𝑋) = (𝑃𝑁)) → 𝑃 pGrp 𝐺)
3736ex 450 1 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → ((#‘𝑋) = (𝑃𝑁) → 𝑃 pGrp 𝐺))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 384  w3a 1036   = wceq 1480  wcel 1987  wral 2908  wrex 2909  Vcvv 3190   class class class wbr 4623  cfv 5857  (class class class)co 6615  Fincfn 7915  cn 10980  0cn0 11252  cexp 12816  #chash 13073  cdvds 14926  cprime 15328   pCnt cpc 15484  Basecbs 15800  Grpcgrp 17362  odcod 17884   pGrp cpgp 17886
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1719  ax-4 1734  ax-5 1836  ax-6 1885  ax-7 1932  ax-8 1989  ax-9 1996  ax-10 2016  ax-11 2031  ax-12 2044  ax-13 2245  ax-ext 2601  ax-rep 4741  ax-sep 4751  ax-nul 4759  ax-pow 4813  ax-pr 4877  ax-un 6914  ax-inf2 8498  ax-cnex 9952  ax-resscn 9953  ax-1cn 9954  ax-icn 9955  ax-addcl 9956  ax-addrcl 9957  ax-mulcl 9958  ax-mulrcl 9959  ax-mulcom 9960  ax-addass 9961  ax-mulass 9962  ax-distr 9963  ax-i2m1 9964  ax-1ne0 9965  ax-1rid 9966  ax-rnegex 9967  ax-rrecex 9968  ax-cnre 9969  ax-pre-lttri 9970  ax-pre-lttrn 9971  ax-pre-ltadd 9972  ax-pre-mulgt0 9973  ax-pre-sup 9974
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1037  df-3an 1038  df-tru 1483  df-fal 1486  df-ex 1702  df-nf 1707  df-sb 1878  df-eu 2473  df-mo 2474  df-clab 2608  df-cleq 2614  df-clel 2617  df-nfc 2750  df-ne 2791  df-nel 2894  df-ral 2913  df-rex 2914  df-reu 2915  df-rmo 2916  df-rab 2917  df-v 3192  df-sbc 3423  df-csb 3520  df-dif 3563  df-un 3565  df-in 3567  df-ss 3574  df-pss 3576  df-nul 3898  df-if 4065  df-pw 4138  df-sn 4156  df-pr 4158  df-tp 4160  df-op 4162  df-uni 4410  df-int 4448  df-iun 4494  df-disj 4594  df-br 4624  df-opab 4684  df-mpt 4685  df-tr 4723  df-eprel 4995  df-id 4999  df-po 5005  df-so 5006  df-fr 5043  df-se 5044  df-we 5045  df-xp 5090  df-rel 5091  df-cnv 5092  df-co 5093  df-dm 5094  df-rn 5095  df-res 5096  df-ima 5097  df-pred 5649  df-ord 5695  df-on 5696  df-lim 5697  df-suc 5698  df-iota 5820  df-fun 5859  df-fn 5860  df-f 5861  df-f1 5862  df-fo 5863  df-f1o 5864  df-fv 5865  df-isom 5866  df-riota 6576  df-ov 6618  df-oprab 6619  df-mpt2 6620  df-om 7028  df-1st 7128  df-2nd 7129  df-wrecs 7367  df-recs 7428  df-rdg 7466  df-1o 7520  df-2o 7521  df-oadd 7524  df-omul 7525  df-er 7702  df-ec 7704  df-qs 7708  df-map 7819  df-en 7916  df-dom 7917  df-sdom 7918  df-fin 7919  df-sup 8308  df-inf 8309  df-oi 8375  df-card 8725  df-acn 8728  df-pnf 10036  df-mnf 10037  df-xr 10038  df-ltxr 10039  df-le 10040  df-sub 10228  df-neg 10229  df-div 10645  df-nn 10981  df-2 11039  df-3 11040  df-n0 11253  df-z 11338  df-uz 11648  df-q 11749  df-rp 11793  df-fz 12285  df-fzo 12423  df-fl 12549  df-mod 12625  df-seq 12758  df-exp 12817  df-hash 13074  df-cj 13789  df-re 13790  df-im 13791  df-sqrt 13925  df-abs 13926  df-clim 14169  df-sum 14367  df-dvds 14927  df-gcd 15160  df-prm 15329  df-pc 15485  df-ndx 15803  df-slot 15804  df-base 15805  df-sets 15806  df-ress 15807  df-plusg 15894  df-0g 16042  df-mgm 17182  df-sgrp 17224  df-mnd 17235  df-grp 17365  df-minusg 17366  df-sbg 17367  df-mulg 17481  df-subg 17531  df-eqg 17533  df-od 17888  df-pgp 17890
This theorem is referenced by:  pgp0  17951  pgpfi  17960
  Copyright terms: Public domain W3C validator