Theorem cygzn 21029

Description: A cyclic group with 𝑛 elements is isomorphic to ℤ / 𝑛ℤ, and an infinite cyclic group is isomorphic to ℤ / 0ℤ ≈ ℤ. (Contributed by Mario Carneiro, 21-Apr-2016.)

Hypotheses

Ref	Expression
cygzn.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
cygzn.n	⊢ 𝑁 = if(𝐵 ∈ Fin, (♯‘𝐵), 0)
cygzn.y	⊢ 𝑌 = (ℤ/nℤ‘𝑁)

Assertion

Ref	Expression
cygzn	⊢ (𝐺 ∈ CycGrp → 𝐺 ≃𝑔 𝑌)

Proof of Theorem cygzn

Dummy variables 𝑔 𝑚 𝑛 𝑥 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		cygzn.b	. . . . 5 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
2		eqid 2731	. . . . 5 ⊢ (.g‘𝐺) = (.g‘𝐺)
3		eqid 2731	. . . . 5 ⊢ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵} = {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵}
4	1, 2, 3	iscyg2 19688	. . . 4 ⊢ (𝐺 ∈ CycGrp ↔ (𝐺 ∈ Grp ∧ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵} ≠ ∅))
5	4	simprbi 497	. . 3 ⊢ (𝐺 ∈ CycGrp → {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵} ≠ ∅)
6		n0 4326	. . 3 ⊢ ({𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵} ≠ ∅ ↔ ∃𝑔 𝑔 ∈ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵})
7	5, 6	sylib 217	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ CycGrp → ∃𝑔 𝑔 ∈ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵})
8		cygzn.n	. . 3 ⊢ 𝑁 = if(𝐵 ∈ Fin, (♯‘𝐵), 0)
9		cygzn.y	. . 3 ⊢ 𝑌 = (ℤ/nℤ‘𝑁)
10		eqid 2731	. . 3 ⊢ (ℤRHom‘𝑌) = (ℤRHom‘𝑌)
11		simpl 483	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ CycGrp ∧ 𝑔 ∈ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵}) → 𝐺 ∈ CycGrp)
12		simpr 485	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ CycGrp ∧ 𝑔 ∈ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵}) → 𝑔 ∈ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵})
13		eqid 2731	. . 3 ⊢ ran (𝑚 ∈ ℤ ↦ ⟨((ℤRHom‘𝑌)‘𝑚), (𝑚(.g‘𝐺)𝑔)⟩) = ran (𝑚 ∈ ℤ ↦ ⟨((ℤRHom‘𝑌)‘𝑚), (𝑚(.g‘𝐺)𝑔)⟩)
14	1, 8, 9, 2, 10, 3, 11, 12, 13	cygznlem3 21028	. 2 ⊢ ((𝐺 ∈ CycGrp ∧ 𝑔 ∈ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵}) → 𝐺 ≃𝑔 𝑌)
15	7, 14	exlimddv 1938	1 ⊢ (𝐺 ∈ CycGrp → 𝐺 ≃𝑔 𝑌)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 396   = wceq 1541  ∃wex 1781   ∈ wcel 2106   ≠ wne 2939  {crab 3418  ∅c0 4302  ifcif 4506  ⟨cop 4612   class class class wbr 5125   ↦ cmpt 5208  ran crn 5654  ‘cfv 6516  (class class class)co 7377  Fincfn 8905  0cc0 11075  ℤcz 12523  ♯chash 14255  Basecbs 17109  Grpcgrp 18777  ._gcmg 18901   ≃_𝑔 cgic 19077  CycGrpccyg 19683  ℤRHomczrh 20952  ℤ/nℤczn 20955

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2702  ax-rep 5262  ax-sep 5276  ax-nul 5283  ax-pow 5340  ax-pr 5404  ax-un 7692  ax-inf2 9601  ax-cnex 11131  ax-resscn 11132  ax-1cn 11133  ax-icn 11134  ax-addcl 11135  ax-addrcl 11136  ax-mulcl 11137  ax-mulrcl 11138  ax-mulcom 11139  ax-addass 11140  ax-mulass 11141  ax-distr 11142  ax-i2m1 11143  ax-1ne0 11144  ax-1rid 11145  ax-rnegex 11146  ax-rrecex 11147  ax-cnre 11148  ax-pre-lttri 11149  ax-pre-lttrn 11150  ax-pre-ltadd 11151  ax-pre-mulgt0 11152  ax-pre-sup 11153  ax-addf 11154  ax-mulf 11155

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2709  df-cleq 2723  df-clel 2809  df-nfc 2884  df-ne 2940  df-nel 3046  df-ral 3061  df-rex 3070  df-rmo 3364  df-reu 3365  df-rab 3419  df-v 3461  df-sbc 3758  df-csb 3874  df-dif 3931  df-un 3933  df-in 3935  df-ss 3945  df-pss 3947  df-nul 4303  df-if 4507  df-pw 4582  df-sn 4607  df-pr 4609  df-tp 4611  df-op 4613  df-uni 4886  df-int 4928  df-iun 4976  df-br 5126  df-opab 5188  df-mpt 5209  df-tr 5243  df-id 5551  df-eprel 5557  df-po 5565  df-so 5566  df-fr 5608  df-se 5609  df-we 5610  df-xp 5659  df-rel 5660  df-cnv 5661  df-co 5662  df-dm 5663  df-rn 5664  df-res 5665  df-ima 5666  df-pred 6273  df-ord 6340  df-on 6341  df-lim 6342  df-suc 6343  df-iota 6468  df-fun 6518  df-fn 6519  df-f 6520  df-f1 6521  df-fo 6522  df-f1o 6523  df-fv 6524  df-isom 6525  df-riota 7333  df-ov 7380  df-oprab 7381  df-mpo 7382  df-om 7823  df-1st 7941  df-2nd 7942  df-tpos 8177  df-frecs 8232  df-wrecs 8263  df-recs 8337  df-rdg 8376  df-1o 8432  df-oadd 8436  df-omul 8437  df-er 8670  df-ec 8672  df-qs 8676  df-map 8789  df-en 8906  df-dom 8907  df-sdom 8908  df-fin 8909  df-sup 9402  df-inf 9403  df-oi 9470  df-card 9899  df-acn 9902  df-pnf 11215  df-mnf 11216  df-xr 11217  df-ltxr 11218  df-le 11219  df-sub 11411  df-neg 11412  df-div 11837  df-nn 12178  df-2 12240  df-3 12241  df-4 12242  df-5 12243  df-6 12244  df-7 12245  df-8 12246  df-9 12247  df-n0 12438  df-z 12524  df-dec 12643  df-uz 12788  df-rp 12940  df-fz 13450  df-fl 13722  df-mod 13800  df-seq 13932  df-exp 13993  df-hash 14256  df-cj 15011  df-re 15012  df-im 15013  df-sqrt 15147  df-abs 15148  df-dvds 16163  df-struct 17045  df-sets 17062  df-slot 17080  df-ndx 17092  df-base 17110  df-ress 17139  df-plusg 17175  df-mulr 17176  df-starv 17177  df-sca 17178  df-vsca 17179  df-ip 17180  df-tset 17181  df-ple 17182  df-ds 17184  df-unif 17185  df-0g 17352  df-imas 17419  df-qus 17420  df-mgm 18526  df-sgrp 18575  df-mnd 18586  df-mhm 18630  df-grp 18780  df-minusg 18781  df-sbg 18782  df-mulg 18902  df-subg 18954  df-nsg 18955  df-eqg 18956  df-ghm 19035  df-gim 19078  df-gic 19079  df-od 19339  df-cmn 19593  df-abl 19594  df-cyg 19684  df-mgp 19926  df-ur 19943  df-ring 19995  df-cring 19996  df-oppr 20078  df-dvdsr 20099  df-rnghom 20177  df-subrg 20283  df-lmod 20395  df-lss 20465  df-lsp 20505  df-sra 20707  df-rgmod 20708  df-lidl 20709  df-rsp 20710  df-2idl 20776  df-cnfld 20849  df-zring 20922  df-zrh 20956  df-zn 20959

This theorem is referenced by:  cygth  21030  cyggic  21031