Theorem gexcl3 19720

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 488	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝐺 ∈ Grp)
2		gexod.1	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑋 = (Base‘𝐺)
3	2	grpbn0 19096	. . . . . . 7 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → 𝑋 ≠ ∅)
4		r19.2z 4458	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑋 ≠ ∅ ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → ∃𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁))
5	3, 4	sylan 592	. . . . . 6 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → ∃𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁))
6		elfzuz2 13587	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁) → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘1))
7		nnuz 12930	. . . . . . . 8 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
8	6, 7	eleqtrrdi 2873	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁) → 𝑁 ∈ ℕ)
9	8	rexlimivw 3161	. . . . . 6 ⊢ (∃𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁) → 𝑁 ∈ ℕ)
10	5, 9	syl 18	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝑁 ∈ ℕ)
11	10	nnnn0d 12593	. . . 4 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝑁 ∈ ℕ0)
12	11	faccld 14352	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → (!‘𝑁) ∈ ℕ)
13		elfzuzb 13576	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁) ↔ ((𝑂‘𝑥) ∈ (ℤ≥‘1) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘(𝑂‘𝑥))))
14		elnnuz 12931	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑂‘𝑥) ∈ ℕ ↔ (𝑂‘𝑥) ∈ (ℤ≥‘1))
15		dvdsfac 16422	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑂‘𝑥) ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘(𝑂‘𝑥))) → (𝑂‘𝑥) ∥ (!‘𝑁))
16	14, 15	sylanbr 594	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑂‘𝑥) ∈ (ℤ≥‘1) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘(𝑂‘𝑥))) → (𝑂‘𝑥) ∥ (!‘𝑁))
17	13, 16	sylbi 220	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁) → (𝑂‘𝑥) ∥ (!‘𝑁))
18	17	adantl 487	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → (𝑂‘𝑥) ∥ (!‘𝑁))
19		simpll 779	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝐺 ∈ Grp)
20		simplr 781	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝑥 ∈ 𝑋)
21	8	adantl 487	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝑁 ∈ ℕ)
22	21	nnnn0d 12593	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝑁 ∈ ℕ0)
23	22	faccld 14352	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → (!‘𝑁) ∈ ℕ)
24	23	nnzd 12645	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → (!‘𝑁) ∈ ℤ)
25		gexod.3	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑂 = (od‘𝐺)
26		eqid 2762	. . . . . . . . 9 ⊢ (.g‘𝐺) = (.g‘𝐺)
27		eqid 2762	. . . . . . . . 9 ⊢ (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
28	2, 25, 26, 27	oddvds 19680	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ (!‘𝑁) ∈ ℤ) → ((𝑂‘𝑥) ∥ (!‘𝑁) ↔ ((!‘𝑁)(.g‘𝐺)𝑥) = (0g‘𝐺)))
29	19, 20, 24, 28	syl3anc 1398	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → ((𝑂‘𝑥) ∥ (!‘𝑁) ↔ ((!‘𝑁)(.g‘𝐺)𝑥) = (0g‘𝐺)))
30	18, 29	mpbid 235	. . . . . 6 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → ((!‘𝑁)(.g‘𝐺)𝑥) = (0g‘𝐺))
31	30	ex 418	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → ((𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁) → ((!‘𝑁)(.g‘𝐺)𝑥) = (0g‘𝐺)))
32	31	ralimdva 3176	. . . 4 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁) → ∀𝑥 ∈ 𝑋 ((!‘𝑁)(.g‘𝐺)𝑥) = (0g‘𝐺)))
33	32	imp 412	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → ∀𝑥 ∈ 𝑋 ((!‘𝑁)(.g‘𝐺)𝑥) = (0g‘𝐺))
34		gexod.2	. . . 4 ⊢ 𝐸 = (gEx‘𝐺)
35	2, 34, 26, 27	gexlem2 19715	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (!‘𝑁) ∈ ℕ ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ((!‘𝑁)(.g‘𝐺)𝑥) = (0g‘𝐺)) → 𝐸 ∈ (1...(!‘𝑁)))
36	1, 12, 33, 35	syl3anc 1398	. 2 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝐸 ∈ (1...(!‘𝑁)))
37		elfznn 13612	. 2 ⊢ (𝐸 ∈ (1...(!‘𝑁)) → 𝐸 ∈ ℕ)
38	36, 37	syl 18	1 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 (𝑂‘𝑥) ∈ (1...𝑁)) → 𝐸 ∈ ℕ)

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2957  ∀wral 3078  ∃wrex 3088  ∅c0 4282   class class class wbr 5107  ‘cfv 6537  (class class class)co 7417  1c1 11129  ℕcn 12261  ℤcz 12619  ℤ_≥cuz 12891  ...cfz 13565  !cfa 14341   ∥ cdvds 16348  Basecbs 17307  0_gc0g 17530  Grpcgrp 19063  ._gcmg 19196  odcod 19657  gExcgex 19658

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2215  ax-ext 2734  ax-sep 5255  ax-nul 5267  ax-pow 5334  ax-pr 5402  ax-un 7740  ax-cnex 11184  ax-resscn 11185  ax-1cn 11186  ax-icn 11187  ax-addcl 11188  ax-addrcl 11189  ax-mulcl 11190  ax-mulrcl 11191  ax-mulcom 11192  ax-addass 11193  ax-mulass 11194  ax-distr 11195  ax-i2m1 11196  ax-1ne0 11197  ax-1rid 11198  ax-rnegex 11199  ax-rrecex 11200  ax-cnre 11201  ax-pre-lttri 11202  ax-pre-lttrn 11203  ax-pre-ltadd 11204  ax-pre-mulgt0 11205  ax-pre-sup 11206

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2566  df-eu 2596  df-clab 2741  df-cleq 2754  df-clel 2837  df-nfc 2911  df-ne 2958  df-nel 3064  df-ral 3079  df-rex 3089  df-rmo 3367  df-reu 3368  df-rab 3415  df-v 3455  df-sbc 3743  df-csb 3851  df-dif 3905  df-un 3907  df-in 3909  df-ss 3919  df-pss 3922  df-nul 4283  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4588  df-pr 4590  df-op 4594  df-uni 4871  df-iun 4956  df-br 5108  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-tr 5217  df-id 5554  df-eprel 5559  df-po 5567  df-so 5568  df-fr 5612  df-we 5614  df-xp 5665  df-rel 5666  df-cnv 5667  df-co 5668  df-dm 5669  df-rn 5670  df-res 5671  df-ima 5672  df-pred 6303  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-riota 7374  df-ov 7420  df-oprab 7421  df-mpo 7422  df-om 7867  df-1st 7990  df-2nd 7991  df-frecs 8284  df-wrecs 8315  df-recs 8364  df-rdg 8403  df-er 8700  df-en 8957  df-dom 8958  df-sdom 8959  df-sup 9416  df-inf 9417  df-pnf 11273  df-mnf 11274  df-xr 11275  df-ltxr 11276  df-le 11277  df-sub 11471  df-neg 11472  df-div 11900  df-nn 12262  df-2 12331  df-3 12332  df-n0 12533  df-z 12620  df-uz 12892  df-rp 13047  df-fz 13566  df-fl 13857  df-mod 13935  df-seq 14070  df-exp 14130  df-fac 14342  df-cj 15190  df-re 15191  df-im 15192  df-sqrt 15326  df-abs 15327  df-dvds 16349  df-0g 17532  df-mgm 18736  df-sgrp 18827  df-mnd 18843  df-grp 19066  df-minusg 19067  df-sbg 19068  df-mulg 19197  df-od 19661  df-gex 19662

This theorem is used by:  gexcl2  19722