Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  gexcl3 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem gexcl3 18691
 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 ∧ ∀𝑥𝑋 (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝐸 ∈ ℕ)
Distinct variable groups:   𝑥,𝐸   𝑥,𝐺   𝑥,𝑁   𝑥,𝑋
Allowed substitution hint:   𝑂(𝑥)

Proof of Theorem gexcl3
StepHypRef Expression
1 simpl 485 . . 3 ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥𝑋 (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝐺 ∈ Grp)
2 gexod.1 . . . . . . . 8 𝑋 = (Base‘𝐺)
32grpbn0 18111 . . . . . . 7 (𝐺 ∈ Grp → 𝑋 ≠ ∅)
4 r19.2z 4416 . . . . . . 7 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ ∀𝑥𝑋 (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁)) → ∃𝑥𝑋 (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁))
53, 4sylan 582 . . . . . 6 ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥𝑋 (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁)) → ∃𝑥𝑋 (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁))
6 elfzuz2 12896 . . . . . . . 8 ((𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁) → 𝑁 ∈ (ℤ‘1))
7 nnuz 12260 . . . . . . . 8 ℕ = (ℤ‘1)
86, 7eleqtrrdi 2922 . . . . . . 7 ((𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁) → 𝑁 ∈ ℕ)
98rexlimivw 3269 . . . . . 6 (∃𝑥𝑋 (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁) → 𝑁 ∈ ℕ)
105, 9syl 17 . . . . 5 ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥𝑋 (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝑁 ∈ ℕ)
1110nnnn0d 11934 . . . 4 ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥𝑋 (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝑁 ∈ ℕ0)
1211faccld 13629 . . 3 ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥𝑋 (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁)) → (!‘𝑁) ∈ ℕ)
13 elfzuzb 12886 . . . . . . . . 9 ((𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁) ↔ ((𝑂𝑥) ∈ (ℤ‘1) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑂𝑥))))
14 elnnuz 12261 . . . . . . . . . 10 ((𝑂𝑥) ∈ ℕ ↔ (𝑂𝑥) ∈ (ℤ‘1))
15 dvdsfac 15656 . . . . . . . . . 10 (((𝑂𝑥) ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑂𝑥))) → (𝑂𝑥) ∥ (!‘𝑁))
1614, 15sylanbr 584 . . . . . . . . 9 (((𝑂𝑥) ∈ (ℤ‘1) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑂𝑥))) → (𝑂𝑥) ∥ (!‘𝑁))
1713, 16sylbi 219 . . . . . . . 8 ((𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁) → (𝑂𝑥) ∥ (!‘𝑁))
1817adantl 484 . . . . . . 7 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥𝑋) ∧ (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁)) → (𝑂𝑥) ∥ (!‘𝑁))
19 simpll 765 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥𝑋) ∧ (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝐺 ∈ Grp)
20 simplr 767 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥𝑋) ∧ (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝑥𝑋)
218adantl 484 . . . . . . . . . . 11 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥𝑋) ∧ (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝑁 ∈ ℕ)
2221nnnn0d 11934 . . . . . . . . . 10 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥𝑋) ∧ (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝑁 ∈ ℕ0)
2322faccld 13629 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥𝑋) ∧ (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁)) → (!‘𝑁) ∈ ℕ)
2423nnzd 12065 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥𝑋) ∧ (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁)) → (!‘𝑁) ∈ ℤ)
25 gexod.3 . . . . . . . . 9 𝑂 = (od‘𝐺)
26 eqid 2820 . . . . . . . . 9 (.g𝐺) = (.g𝐺)
27 eqid 2820 . . . . . . . . 9 (0g𝐺) = (0g𝐺)
282, 25, 26, 27oddvds 18654 . . . . . . . 8 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥𝑋 ∧ (!‘𝑁) ∈ ℤ) → ((𝑂𝑥) ∥ (!‘𝑁) ↔ ((!‘𝑁)(.g𝐺)𝑥) = (0g𝐺)))
2919, 20, 24, 28syl3anc 1367 . . . . . . 7 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥𝑋) ∧ (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁)) → ((𝑂𝑥) ∥ (!‘𝑁) ↔ ((!‘𝑁)(.g𝐺)𝑥) = (0g𝐺)))
3018, 29mpbid 234 . . . . . 6 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥𝑋) ∧ (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁)) → ((!‘𝑁)(.g𝐺)𝑥) = (0g𝐺))
3130ex 415 . . . . 5 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥𝑋) → ((𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁) → ((!‘𝑁)(.g𝐺)𝑥) = (0g𝐺)))
3231ralimdva 3164 . . . 4 (𝐺 ∈ Grp → (∀𝑥𝑋 (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁) → ∀𝑥𝑋 ((!‘𝑁)(.g𝐺)𝑥) = (0g𝐺)))
3332imp 409 . . 3 ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥𝑋 (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁)) → ∀𝑥𝑋 ((!‘𝑁)(.g𝐺)𝑥) = (0g𝐺))
34 gexod.2 . . . 4 𝐸 = (gEx‘𝐺)
352, 34, 26, 27gexlem2 18686 . . 3 ((𝐺 ∈ Grp ∧ (!‘𝑁) ∈ ℕ ∧ ∀𝑥𝑋 ((!‘𝑁)(.g𝐺)𝑥) = (0g𝐺)) → 𝐸 ∈ (1...(!‘𝑁)))
361, 12, 33, 35syl3anc 1367 . 2 ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥𝑋 (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝐸 ∈ (1...(!‘𝑁)))
37 elfznn 12920 . 2 (𝐸 ∈ (1...(!‘𝑁)) → 𝐸 ∈ ℕ)
3836, 37syl 17 1 ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥𝑋 (𝑂𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝐸 ∈ ℕ)
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 208   ∧ wa 398   = wceq 1537   ∈ wcel 2114   ≠ wne 3006  ∀wral 3125  ∃wrex 3126  ∅c0 4269   class class class wbr 5042  ‘cfv 6331  (class class class)co 7133  1c1 10516  ℕcn 11616  ℤcz 11960  ℤ≥cuz 12222  ...cfz 12876  !cfa 13618   ∥ cdvds 15587  Basecbs 16462  0gc0g 16692  Grpcgrp 18082  .gcmg 18203  odcod 18631  gExcgex 18632 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2145  ax-11 2161  ax-12 2177  ax-ext 2792  ax-sep 5179  ax-nul 5186  ax-pow 5242  ax-pr 5306  ax-un 7439  ax-cnex 10571  ax-resscn 10572  ax-1cn 10573  ax-icn 10574  ax-addcl 10575  ax-addrcl 10576  ax-mulcl 10577  ax-mulrcl 10578  ax-mulcom 10579  ax-addass 10580  ax-mulass 10581  ax-distr 10582  ax-i2m1 10583  ax-1ne0 10584  ax-1rid 10585  ax-rnegex 10586  ax-rrecex 10587  ax-cnre 10588  ax-pre-lttri 10589  ax-pre-lttrn 10590  ax-pre-ltadd 10591  ax-pre-mulgt0 10592  ax-pre-sup 10593 This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1084  df-3an 1085  df-tru 1540  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2070  df-mo 2622  df-eu 2653  df-clab 2799  df-cleq 2813  df-clel 2891  df-nfc 2959  df-ne 3007  df-nel 3111  df-ral 3130  df-rex 3131  df-reu 3132  df-rmo 3133  df-rab 3134  df-v 3475  df-sbc 3753  df-csb 3861  df-dif 3916  df-un 3918  df-in 3920  df-ss 3930  df-pss 3932  df-nul 4270  df-if 4444  df-pw 4517  df-sn 4544  df-pr 4546  df-tp 4548  df-op 4550  df-uni 4815  df-iun 4897  df-br 5043  df-opab 5105  df-mpt 5123  df-tr 5149  df-id 5436  df-eprel 5441  df-po 5450  df-so 5451  df-fr 5490  df-we 5492  df-xp 5537  df-rel 5538  df-cnv 5539  df-co 5540  df-dm 5541  df-rn 5542  df-res 5543  df-ima 5544  df-pred 6124  df-ord 6170  df-on 6171  df-lim 6172  df-suc 6173  df-iota 6290  df-fun 6333  df-fn 6334  df-f 6335  df-f1 6336  df-fo 6337  df-f1o 6338  df-fv 6339  df-riota 7091  df-ov 7136  df-oprab 7137  df-mpo 7138  df-om 7559  df-1st 7667  df-2nd 7668  df-wrecs 7925  df-recs 7986  df-rdg 8024  df-er 8267  df-en 8488  df-dom 8489  df-sdom 8490  df-sup 8884  df-inf 8885  df-pnf 10655  df-mnf 10656  df-xr 10657  df-ltxr 10658  df-le 10659  df-sub 10850  df-neg 10851  df-div 11276  df-nn 11617  df-2 11679  df-3 11680  df-n0 11877  df-z 11961  df-uz 12223  df-rp 12369  df-fz 12877  df-fl 13146  df-mod 13222  df-seq 13354  df-exp 13415  df-fac 13619  df-cj 14438  df-re 14439  df-im 14440  df-sqrt 14574  df-abs 14575  df-dvds 15588  df-0g 16694  df-mgm 17831  df-sgrp 17880  df-mnd 17891  df-grp 18085  df-minusg 18086  df-sbg 18087  df-mulg 18204  df-od 18635  df-gex 18636 This theorem is referenced by:  gexcl2  18693
 Copyright terms: Public domain W3C validator