MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  ablfacrp2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem ablfacrp2 18853
Description: The factors 𝐾, 𝐿 of ablfacrp 18852 have the expected orders (which allows for repeated application to decompose 𝐺 into subgroups of prime-power order). Lemma 6.1C.2 of [Shapiro], p. 199. (Contributed by Mario Carneiro, 21-Apr-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
ablfacrp.b 𝐵 = (Base‘𝐺)
ablfacrp.o 𝑂 = (od‘𝐺)
ablfacrp.k 𝐾 = {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑀}
ablfacrp.l 𝐿 = {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑁}
ablfacrp.g (𝜑𝐺 ∈ Abel)
ablfacrp.m (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
ablfacrp.n (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
ablfacrp.1 (𝜑 → (𝑀 gcd 𝑁) = 1)
ablfacrp.2 (𝜑 → (♯‘𝐵) = (𝑀 · 𝑁))
Assertion
Ref Expression
ablfacrp2 (𝜑 → ((♯‘𝐾) = 𝑀 ∧ (♯‘𝐿) = 𝑁))
Distinct variable groups:   𝑥,𝐵   𝑥,𝐺   𝑥,𝑂   𝑥,𝑀   𝑥,𝑁   𝜑,𝑥
Allowed substitution hints:   𝐾(𝑥)   𝐿(𝑥)

Proof of Theorem ablfacrp2
StepHypRef Expression
1 ablfacrp.2 . . . . . . 7 (𝜑 → (♯‘𝐵) = (𝑀 · 𝑁))
2 ablfacrp.m . . . . . . . . 9 (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
32nnnn0d 11702 . . . . . . . 8 (𝜑𝑀 ∈ ℕ0)
4 ablfacrp.n . . . . . . . . 9 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
54nnnn0d 11702 . . . . . . . 8 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
63, 5nn0mulcld 11707 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝑀 · 𝑁) ∈ ℕ0)
71, 6eqeltrd 2858 . . . . . 6 (𝜑 → (♯‘𝐵) ∈ ℕ0)
8 ablfacrp.b . . . . . . . 8 𝐵 = (Base‘𝐺)
98fvexi 6460 . . . . . . 7 𝐵 ∈ V
10 hashclb 13464 . . . . . . 7 (𝐵 ∈ V → (𝐵 ∈ Fin ↔ (♯‘𝐵) ∈ ℕ0))
119, 10ax-mp 5 . . . . . 6 (𝐵 ∈ Fin ↔ (♯‘𝐵) ∈ ℕ0)
127, 11sylibr 226 . . . . 5 (𝜑𝐵 ∈ Fin)
13 ablfacrp.k . . . . . 6 𝐾 = {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑀}
14 ssrab2 3907 . . . . . 6 {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑀} ⊆ 𝐵
1513, 14eqsstri 3853 . . . . 5 𝐾𝐵
16 ssfi 8468 . . . . 5 ((𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐾𝐵) → 𝐾 ∈ Fin)
1712, 15, 16sylancl 580 . . . 4 (𝜑𝐾 ∈ Fin)
18 hashcl 13462 . . . 4 (𝐾 ∈ Fin → (♯‘𝐾) ∈ ℕ0)
1917, 18syl 17 . . 3 (𝜑 → (♯‘𝐾) ∈ ℕ0)
20 ablfacrp.g . . . . . . . 8 (𝜑𝐺 ∈ Abel)
212nnzd 11833 . . . . . . . 8 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
22 ablfacrp.o . . . . . . . . 9 𝑂 = (od‘𝐺)
2322, 8oddvdssubg 18644 . . . . . . . 8 ((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝑀 ∈ ℤ) → {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑀} ∈ (SubGrp‘𝐺))
2420, 21, 23syl2anc 579 . . . . . . 7 (𝜑 → {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑀} ∈ (SubGrp‘𝐺))
2513, 24syl5eqel 2862 . . . . . 6 (𝜑𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺))
268lagsubg 18040 . . . . . 6 ((𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (♯‘𝐾) ∥ (♯‘𝐵))
2725, 12, 26syl2anc 579 . . . . 5 (𝜑 → (♯‘𝐾) ∥ (♯‘𝐵))
282nncnd 11392 . . . . . . 7 (𝜑𝑀 ∈ ℂ)
294nncnd 11392 . . . . . . 7 (𝜑𝑁 ∈ ℂ)
3028, 29mulcomd 10398 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑀 · 𝑁) = (𝑁 · 𝑀))
311, 30eqtrd 2813 . . . . 5 (𝜑 → (♯‘𝐵) = (𝑁 · 𝑀))
3227, 31breqtrd 4912 . . . 4 (𝜑 → (♯‘𝐾) ∥ (𝑁 · 𝑀))
33 ablfacrp.l . . . . 5 𝐿 = {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑁}
34 ablfacrp.1 . . . . 5 (𝜑 → (𝑀 gcd 𝑁) = 1)
358, 22, 13, 33, 20, 2, 4, 34, 1ablfacrplem 18851 . . . 4 (𝜑 → ((♯‘𝐾) gcd 𝑁) = 1)
3619nn0zd 11832 . . . . 5 (𝜑 → (♯‘𝐾) ∈ ℤ)
374nnzd 11833 . . . . 5 (𝜑𝑁 ∈ ℤ)
38 coprmdvds 15772 . . . . 5 (((♯‘𝐾) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ) → (((♯‘𝐾) ∥ (𝑁 · 𝑀) ∧ ((♯‘𝐾) gcd 𝑁) = 1) → (♯‘𝐾) ∥ 𝑀))
3936, 37, 21, 38syl3anc 1439 . . . 4 (𝜑 → (((♯‘𝐾) ∥ (𝑁 · 𝑀) ∧ ((♯‘𝐾) gcd 𝑁) = 1) → (♯‘𝐾) ∥ 𝑀))
4032, 35, 39mp2and 689 . . 3 (𝜑 → (♯‘𝐾) ∥ 𝑀)
4122, 8oddvdssubg 18644 . . . . . . . . . . 11 ((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑁} ∈ (SubGrp‘𝐺))
4220, 37, 41syl2anc 579 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑁} ∈ (SubGrp‘𝐺))
4333, 42syl5eqel 2862 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐿 ∈ (SubGrp‘𝐺))
448lagsubg 18040 . . . . . . . . 9 ((𝐿 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (♯‘𝐿) ∥ (♯‘𝐵))
4543, 12, 44syl2anc 579 . . . . . . . 8 (𝜑 → (♯‘𝐿) ∥ (♯‘𝐵))
4645, 1breqtrd 4912 . . . . . . 7 (𝜑 → (♯‘𝐿) ∥ (𝑀 · 𝑁))
47 gcdcom 15641 . . . . . . . . . 10 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (𝑀 gcd 𝑁) = (𝑁 gcd 𝑀))
4821, 37, 47syl2anc 579 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝑀 gcd 𝑁) = (𝑁 gcd 𝑀))
4948, 34eqtr3d 2815 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑁 gcd 𝑀) = 1)
508, 22, 33, 13, 20, 4, 2, 49, 31ablfacrplem 18851 . . . . . . 7 (𝜑 → ((♯‘𝐿) gcd 𝑀) = 1)
51 ssrab2 3907 . . . . . . . . . . . 12 {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑁} ⊆ 𝐵
5233, 51eqsstri 3853 . . . . . . . . . . 11 𝐿𝐵
53 ssfi 8468 . . . . . . . . . . 11 ((𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐿𝐵) → 𝐿 ∈ Fin)
5412, 52, 53sylancl 580 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐿 ∈ Fin)
55 hashcl 13462 . . . . . . . . . 10 (𝐿 ∈ Fin → (♯‘𝐿) ∈ ℕ0)
5654, 55syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (♯‘𝐿) ∈ ℕ0)
5756nn0zd 11832 . . . . . . . 8 (𝜑 → (♯‘𝐿) ∈ ℤ)
58 coprmdvds 15772 . . . . . . . 8 (((♯‘𝐿) ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (((♯‘𝐿) ∥ (𝑀 · 𝑁) ∧ ((♯‘𝐿) gcd 𝑀) = 1) → (♯‘𝐿) ∥ 𝑁))
5957, 21, 37, 58syl3anc 1439 . . . . . . 7 (𝜑 → (((♯‘𝐿) ∥ (𝑀 · 𝑁) ∧ ((♯‘𝐿) gcd 𝑀) = 1) → (♯‘𝐿) ∥ 𝑁))
6046, 50, 59mp2and 689 . . . . . 6 (𝜑 → (♯‘𝐿) ∥ 𝑁)
61 dvdscmul 15415 . . . . . . 7 (((♯‘𝐿) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ) → ((♯‘𝐿) ∥ 𝑁 → (𝑀 · (♯‘𝐿)) ∥ (𝑀 · 𝑁)))
6257, 37, 21, 61syl3anc 1439 . . . . . 6 (𝜑 → ((♯‘𝐿) ∥ 𝑁 → (𝑀 · (♯‘𝐿)) ∥ (𝑀 · 𝑁)))
6360, 62mpd 15 . . . . 5 (𝜑 → (𝑀 · (♯‘𝐿)) ∥ (𝑀 · 𝑁))
64 eqid 2777 . . . . . . . . . 10 (0g𝐺) = (0g𝐺)
65 eqid 2777 . . . . . . . . . 10 (LSSum‘𝐺) = (LSSum‘𝐺)
668, 22, 13, 33, 20, 2, 4, 34, 1, 64, 65ablfacrp 18852 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((𝐾𝐿) = {(0g𝐺)} ∧ (𝐾(LSSum‘𝐺)𝐿) = 𝐵))
6766simprd 491 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐾(LSSum‘𝐺)𝐿) = 𝐵)
6867fveq2d 6450 . . . . . . 7 (𝜑 → (♯‘(𝐾(LSSum‘𝐺)𝐿)) = (♯‘𝐵))
69 eqid 2777 . . . . . . . 8 (Cntz‘𝐺) = (Cntz‘𝐺)
7066simpld 490 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐾𝐿) = {(0g𝐺)})
7169, 20, 25, 43ablcntzd 18646 . . . . . . . 8 (𝜑𝐾 ⊆ ((Cntz‘𝐺)‘𝐿))
7265, 64, 69, 25, 43, 70, 71, 17, 54lsmhash 18502 . . . . . . 7 (𝜑 → (♯‘(𝐾(LSSum‘𝐺)𝐿)) = ((♯‘𝐾) · (♯‘𝐿)))
7368, 72eqtr3d 2815 . . . . . 6 (𝜑 → (♯‘𝐵) = ((♯‘𝐾) · (♯‘𝐿)))
7473, 1eqtr3d 2815 . . . . 5 (𝜑 → ((♯‘𝐾) · (♯‘𝐿)) = (𝑀 · 𝑁))
7563, 74breqtrrd 4914 . . . 4 (𝜑 → (𝑀 · (♯‘𝐿)) ∥ ((♯‘𝐾) · (♯‘𝐿)))
7664subg0cl 17986 . . . . . . . 8 (𝐿 ∈ (SubGrp‘𝐺) → (0g𝐺) ∈ 𝐿)
77 ne0i 4148 . . . . . . . 8 ((0g𝐺) ∈ 𝐿𝐿 ≠ ∅)
7843, 76, 773syl 18 . . . . . . 7 (𝜑𝐿 ≠ ∅)
79 hashnncl 13472 . . . . . . . 8 (𝐿 ∈ Fin → ((♯‘𝐿) ∈ ℕ ↔ 𝐿 ≠ ∅))
8054, 79syl 17 . . . . . . 7 (𝜑 → ((♯‘𝐿) ∈ ℕ ↔ 𝐿 ≠ ∅))
8178, 80mpbird 249 . . . . . 6 (𝜑 → (♯‘𝐿) ∈ ℕ)
8281nnne0d 11425 . . . . 5 (𝜑 → (♯‘𝐿) ≠ 0)
83 dvdsmulcr 15418 . . . . 5 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ (♯‘𝐾) ∈ ℤ ∧ ((♯‘𝐿) ∈ ℤ ∧ (♯‘𝐿) ≠ 0)) → ((𝑀 · (♯‘𝐿)) ∥ ((♯‘𝐾) · (♯‘𝐿)) ↔ 𝑀 ∥ (♯‘𝐾)))
8421, 36, 57, 82, 83syl112anc 1442 . . . 4 (𝜑 → ((𝑀 · (♯‘𝐿)) ∥ ((♯‘𝐾) · (♯‘𝐿)) ↔ 𝑀 ∥ (♯‘𝐾)))
8575, 84mpbid 224 . . 3 (𝜑𝑀 ∥ (♯‘𝐾))
86 dvdseq 15443 . . 3 ((((♯‘𝐾) ∈ ℕ0𝑀 ∈ ℕ0) ∧ ((♯‘𝐾) ∥ 𝑀𝑀 ∥ (♯‘𝐾))) → (♯‘𝐾) = 𝑀)
8719, 3, 40, 85, 86syl22anc 829 . 2 (𝜑 → (♯‘𝐾) = 𝑀)
88 dvdsmulc 15416 . . . . . . 7 (((♯‘𝐾) ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → ((♯‘𝐾) ∥ 𝑀 → ((♯‘𝐾) · 𝑁) ∥ (𝑀 · 𝑁)))
8936, 21, 37, 88syl3anc 1439 . . . . . 6 (𝜑 → ((♯‘𝐾) ∥ 𝑀 → ((♯‘𝐾) · 𝑁) ∥ (𝑀 · 𝑁)))
9040, 89mpd 15 . . . . 5 (𝜑 → ((♯‘𝐾) · 𝑁) ∥ (𝑀 · 𝑁))
9190, 74breqtrrd 4914 . . . 4 (𝜑 → ((♯‘𝐾) · 𝑁) ∥ ((♯‘𝐾) · (♯‘𝐿)))
9287, 2eqeltrd 2858 . . . . . 6 (𝜑 → (♯‘𝐾) ∈ ℕ)
9392nnne0d 11425 . . . . 5 (𝜑 → (♯‘𝐾) ≠ 0)
94 dvdscmulr 15417 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ (♯‘𝐿) ∈ ℤ ∧ ((♯‘𝐾) ∈ ℤ ∧ (♯‘𝐾) ≠ 0)) → (((♯‘𝐾) · 𝑁) ∥ ((♯‘𝐾) · (♯‘𝐿)) ↔ 𝑁 ∥ (♯‘𝐿)))
9537, 57, 36, 93, 94syl112anc 1442 . . . 4 (𝜑 → (((♯‘𝐾) · 𝑁) ∥ ((♯‘𝐾) · (♯‘𝐿)) ↔ 𝑁 ∥ (♯‘𝐿)))
9691, 95mpbid 224 . . 3 (𝜑𝑁 ∥ (♯‘𝐿))
97 dvdseq 15443 . . 3 ((((♯‘𝐿) ∈ ℕ0𝑁 ∈ ℕ0) ∧ ((♯‘𝐿) ∥ 𝑁𝑁 ∥ (♯‘𝐿))) → (♯‘𝐿) = 𝑁)
9856, 5, 60, 96, 97syl22anc 829 . 2 (𝜑 → (♯‘𝐿) = 𝑁)
9987, 98jca 507 1 (𝜑 → ((♯‘𝐾) = 𝑀 ∧ (♯‘𝐿) = 𝑁))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 198  wa 386   = wceq 1601  wcel 2106  wne 2968  {crab 3093  Vcvv 3397  cin 3790  wss 3791  c0 4140  {csn 4397   class class class wbr 4886  cfv 6135  (class class class)co 6922  Fincfn 8241  0cc0 10272  1c1 10273   · cmul 10277  cn 11374  0cn0 11642  cz 11728  chash 13435  cdvds 15387   gcd cgcd 15622  Basecbs 16255  0gc0g 16486  SubGrpcsubg 17972  Cntzccntz 18131  odcod 18328  LSSumclsm 18433  Abelcabl 18580
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1839  ax-4 1853  ax-5 1953  ax-6 2021  ax-7 2054  ax-8 2108  ax-9 2115  ax-10 2134  ax-11 2149  ax-12 2162  ax-13 2333  ax-ext 2753  ax-rep 5006  ax-sep 5017  ax-nul 5025  ax-pow 5077  ax-pr 5138  ax-un 7226  ax-inf2 8835  ax-cnex 10328  ax-resscn 10329  ax-1cn 10330  ax-icn 10331  ax-addcl 10332  ax-addrcl 10333  ax-mulcl 10334  ax-mulrcl 10335  ax-mulcom 10336  ax-addass 10337  ax-mulass 10338  ax-distr 10339  ax-i2m1 10340  ax-1ne0 10341  ax-1rid 10342  ax-rnegex 10343  ax-rrecex 10344  ax-cnre 10345  ax-pre-lttri 10346  ax-pre-lttrn 10347  ax-pre-ltadd 10348  ax-pre-mulgt0 10349  ax-pre-sup 10350
This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 387  df-or 837  df-3or 1072  df-3an 1073  df-tru 1605  df-fal 1615  df-ex 1824  df-nf 1828  df-sb 2012  df-mo 2550  df-eu 2586  df-clab 2763  df-cleq 2769  df-clel 2773  df-nfc 2920  df-ne 2969  df-nel 3075  df-ral 3094  df-rex 3095  df-reu 3096  df-rmo 3097  df-rab 3098  df-v 3399  df-sbc 3652  df-csb 3751  df-dif 3794  df-un 3796  df-in 3798  df-ss 3805  df-pss 3807  df-nul 4141  df-if 4307  df-pw 4380  df-sn 4398  df-pr 4400  df-tp 4402  df-op 4404  df-uni 4672  df-int 4711  df-iun 4755  df-disj 4855  df-br 4887  df-opab 4949  df-mpt 4966  df-tr 4988  df-id 5261  df-eprel 5266  df-po 5274  df-so 5275  df-fr 5314  df-se 5315  df-we 5316  df-xp 5361  df-rel 5362  df-cnv 5363  df-co 5364  df-dm 5365  df-rn 5366  df-res 5367  df-ima 5368  df-pred 5933  df-ord 5979  df-on 5980  df-lim 5981  df-suc 5982  df-iota 6099  df-fun 6137  df-fn 6138  df-f 6139  df-f1 6140  df-fo 6141  df-f1o 6142  df-fv 6143  df-isom 6144  df-riota 6883  df-ov 6925  df-oprab 6926  df-mpt2 6927  df-om 7344  df-1st 7445  df-2nd 7446  df-wrecs 7689  df-recs 7751  df-rdg 7789  df-1o 7843  df-2o 7844  df-oadd 7847  df-omul 7848  df-er 8026  df-ec 8028  df-qs 8032  df-map 8142  df-en 8242  df-dom 8243  df-sdom 8244  df-fin 8245  df-sup 8636  df-inf 8637  df-oi 8704  df-card 9098  df-acn 9101  df-cda 9325  df-pnf 10413  df-mnf 10414  df-xr 10415  df-ltxr 10416  df-le 10417  df-sub 10608  df-neg 10609  df-div 11033  df-nn 11375  df-2 11438  df-3 11439  df-n0 11643  df-xnn0 11715  df-z 11729  df-uz 11993  df-q 12096  df-rp 12138  df-fz 12644  df-fzo 12785  df-fl 12912  df-mod 12988  df-seq 13120  df-exp 13179  df-fac 13379  df-bc 13408  df-hash 13436  df-cj 14246  df-re 14247  df-im 14248  df-sqrt 14382  df-abs 14383  df-clim 14627  df-sum 14825  df-dvds 15388  df-gcd 15623  df-prm 15791  df-pc 15946  df-ndx 16258  df-slot 16259  df-base 16261  df-sets 16262  df-ress 16263  df-plusg 16351  df-0g 16488  df-mgm 17628  df-sgrp 17670  df-mnd 17681  df-submnd 17722  df-grp 17812  df-minusg 17813  df-sbg 17814  df-mulg 17928  df-subg 17975  df-eqg 17977  df-ga 18106  df-cntz 18133  df-od 18332  df-lsm 18435  df-pj1 18436  df-cmn 18581  df-abl 18582
This theorem is referenced by:  ablfac1a  18855
  Copyright terms: Public domain W3C validator