Theorem gexcl3 18353

Description: If the order of every group element is bounded by 𝑁, the group has finite exponent. (Contributed by Mario Carneiro, 24-Apr-2016.)

Hypotheses

Ref	Expression
gexod.1	⊢ 𝑋 = (Base‘𝐺)
gexod.2	⊢ 𝐸 = (gEx‘𝐺)
gexod.3	⊢ 𝑂 = (od‘𝐺)

Assertion

Ref	Expression
gexcl3	⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝐸 ∈ ℕ)

Distinct variable groups:   𝑥,𝐸   𝑥,𝐺   𝑥,𝑁   𝑥,𝑋

Allowed substitution hint:   𝑂(𝑥)

Proof of Theorem gexcl3

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simpl 476	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝐺 ∈ Grp)
2		gexod.1	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑋 = (Base‘𝐺)
3	2	grpbn0 17805	. . . . . . 7 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → 𝑋 ≠ ∅)
4		r19.2z 4282	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑋 ≠ ∅ ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → ∃𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁))
5	3, 4	sylan 575	. . . . . 6 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → ∃𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁))
6		elfzuz2 12639	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁) → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘1))
7		nnuz 12005	. . . . . . . 8 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
8	6, 7	syl6eleqr 2917	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁) → 𝑁 ∈ ℕ)
9	8	rexlimivw 3238	. . . . . 6 ⊢ (∃𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁) → 𝑁 ∈ ℕ)
10	5, 9	syl 17	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝑁 ∈ ℕ)
11	10	nnnn0d 11678	. . . 4 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝑁 ∈ ℕ0)
12		faccl 13363	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → (!‘𝑁) ∈ ℕ)
13	11, 12	syl 17	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → (!‘𝑁) ∈ ℕ)
14		elfzuzb 12629	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁) ↔ ((𝑂‘𝑥) ∈ (ℤ≥‘1) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘(𝑂‘𝑥))))
15		elnnuz 12006	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑂‘𝑥) ∈ ℕ ↔ (𝑂‘𝑥) ∈ (ℤ≥‘1))
16		dvdsfac 15425	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑂‘𝑥) ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘(𝑂‘𝑥))) → (𝑂‘𝑥) ∥ (!‘𝑁))
17	15, 16	sylanbr 577	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑂‘𝑥) ∈ (ℤ≥‘1) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘(𝑂‘𝑥))) → (𝑂‘𝑥) ∥ (!‘𝑁))
18	14, 17	sylbi 209	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁) → (𝑂‘𝑥) ∥ (!‘𝑁))
19	18	adantl 475	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → (𝑂‘𝑥) ∥ (!‘𝑁))
20		simpll 783	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝐺 ∈ Grp)
21		simplr 785	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝑥 ∈ 𝑋)
22	8	adantl 475	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝑁 ∈ ℕ)
23	22	nnnn0d 11678	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝑁 ∈ ℕ0)
24	23, 12	syl 17	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → (!‘𝑁) ∈ ℕ)
25	24	nnzd 11809	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → (!‘𝑁) ∈ ℤ)
26		gexod.3	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑂 = (od‘𝐺)
27		eqid 2825	. . . . . . . . 9 ⊢ (.g‘𝐺) = (.g‘𝐺)
28		eqid 2825	. . . . . . . . 9 ⊢ (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
29	2, 26, 27, 28	oddvds 18317	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ (!‘𝑁) ∈ ℤ) → ((𝑂‘𝑥) ∥ (!‘𝑁) ↔ ((!‘𝑁)(.g‘𝐺)𝑥) = (0g‘𝐺)))
30	20, 21, 25, 29	syl3anc 1494	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → ((𝑂‘𝑥) ∥ (!‘𝑁) ↔ ((!‘𝑁)(.g‘𝐺)𝑥) = (0g‘𝐺)))
31	19, 30	mpbid 224	. . . . . 6 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → ((!‘𝑁)(.g‘𝐺)𝑥) = (0g‘𝐺))
32	31	ex 403	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → ((𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁) → ((!‘𝑁)(.g‘𝐺)𝑥) = (0g‘𝐺)))
33	32	ralimdva 3171	. . . 4 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁) → ∀𝑥 ∈ 𝑋 ((!‘𝑁)(.g‘𝐺)𝑥) = (0g‘𝐺)))
34	33	imp 397	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → ∀𝑥 ∈ 𝑋 ((!‘𝑁)(.g‘𝐺)𝑥) = (0g‘𝐺))
35		gexod.2	. . . 4 ⊢ 𝐸 = (gEx‘𝐺)
36	2, 35, 27, 28	gexlem2 18348	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (!‘𝑁) ∈ ℕ ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ((!‘𝑁)(.g‘𝐺)𝑥) = (0g‘𝐺)) → 𝐸 ∈ (1...(!‘𝑁)))
37	1, 13, 34, 36	syl3anc 1494	. 2 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝐸 ∈ (1...(!‘𝑁)))
38		elfznn 12663	. 2 ⊢ (𝐸 ∈ (1...(!‘𝑁)) → 𝐸 ∈ ℕ)
39	37, 38	syl 17	1 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝐸 ∈ ℕ)

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 198   ∧ wa 386   = wceq 1656   ∈ wcel 2164   ≠ wne 2999  ∀wral 3117  ∃wrex 3118  ∅c0 4144   class class class wbr 4873  ‘cfv 6123  (class class class)co 6905  1c1 10253  ℕcn 11350  ℕ₀cn0 11618  ℤcz 11704  ℤ_≥cuz 11968  ...cfz 12619  !cfa 13353   ∥ cdvds 15357  Basecbs 16222  0_gc0g 16453  Grpcgrp 17776  ._gcmg 17894  odcod 18295  gExcgex 18296

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1894  ax-4 1908  ax-5 2009  ax-6 2075  ax-7 2112  ax-8 2166  ax-9 2173  ax-10 2192  ax-11 2207  ax-12 2220  ax-13 2389  ax-ext 2803  ax-rep 4994  ax-sep 5005  ax-nul 5013  ax-pow 5065  ax-pr 5127  ax-un 7209  ax-inf2 8815  ax-cnex 10308  ax-resscn 10309  ax-1cn 10310  ax-icn 10311  ax-addcl 10312  ax-addrcl 10313  ax-mulcl 10314  ax-mulrcl 10315  ax-mulcom 10316  ax-addass 10317  ax-mulass 10318  ax-distr 10319  ax-i2m1 10320  ax-1ne0 10321  ax-1rid 10322  ax-rnegex 10323  ax-rrecex 10324  ax-cnre 10325  ax-pre-lttri 10326  ax-pre-lttrn 10327  ax-pre-ltadd 10328  ax-pre-mulgt0 10329  ax-pre-sup 10330

This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 387  df-or 879  df-3or 1112  df-3an 1113  df-tru 1660  df-ex 1879  df-nf 1883  df-sb 2068  df-mo 2605  df-eu 2640  df-clab 2812  df-cleq 2818  df-clel 2821  df-nfc 2958  df-ne 3000  df-nel 3103  df-ral 3122  df-rex 3123  df-reu 3124  df-rmo 3125  df-rab 3126  df-v 3416  df-sbc 3663  df-csb 3758  df-dif 3801  df-un 3803  df-in 3805  df-ss 3812  df-pss 3814  df-nul 4145  df-if 4307  df-pw 4380  df-sn 4398  df-pr 4400  df-tp 4402  df-op 4404  df-uni 4659  df-iun 4742  df-br 4874  df-opab 4936  df-mpt 4953  df-tr 4976  df-id 5250  df-eprel 5255  df-po 5263  df-so 5264  df-fr 5301  df-we 5303  df-xp 5348  df-rel 5349  df-cnv 5350  df-co 5351  df-dm 5352  df-rn 5353  df-res 5354  df-ima 5355  df-pred 5920  df-ord 5966  df-on 5967  df-lim 5968  df-suc 5969  df-iota 6086  df-fun 6125  df-fn 6126  df-f 6127  df-f1 6128  df-fo 6129  df-f1o 6130  df-fv 6131  df-riota 6866  df-ov 6908  df-oprab 6909  df-mpt2 6910  df-om 7327  df-1st 7428  df-2nd 7429  df-wrecs 7672  df-recs 7734  df-rdg 7772  df-er 8009  df-en 8223  df-dom 8224  df-sdom 8225  df-sup 8617  df-inf 8618  df-pnf 10393  df-mnf 10394  df-xr 10395  df-ltxr 10396  df-le 10397  df-sub 10587  df-neg 10588  df-div 11010  df-nn 11351  df-2 11414  df-3 11415  df-n0 11619  df-z 11705  df-uz 11969  df-rp 12113  df-fz 12620  df-fl 12888  df-mod 12964  df-seq 13096  df-exp 13155  df-fac 13354  df-cj 14216  df-re 14217  df-im 14218  df-sqrt 14352  df-abs 14353  df-dvds 15358  df-0g 16455  df-mgm 17595  df-sgrp 17637  df-mnd 17648  df-grp 17779  df-minusg 17780  df-sbg 17781  df-mulg 17895  df-od 18299  df-gex 18300

This theorem is referenced by:  gexcl2  18355