Theorem odinf 19170

Description: The multiples of an element with infinite order form an infinite cyclic subgroup of 𝐺. (Contributed by Mario Carneiro, 14-Jan-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
odf1.1	⊢ 𝑋 = (Base‘𝐺)
odf1.2	⊢ 𝑂 = (od‘𝐺)
odf1.3	⊢ · = (.g‘𝐺)
odf1.4	⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ ℤ ↦ (𝑥 · 𝐴))

Assertion

Ref	Expression
odinf	⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐴 ∈ 𝑋 ∧ (𝑂‘𝐴) = 0) → ¬ ran 𝐹 ∈ Fin)

Distinct variable groups:   𝑥,𝐴   𝑥,𝐺   𝑥,𝑂   𝑥, ·   𝑥,𝑋

Allowed substitution hint:   𝐹(𝑥)

Proof of Theorem odinf

Step	Hyp	Ref	Expression
1		znnen 15921	. . . . 5 ⊢ ℤ ≈ ℕ
2		nnenom 13700	. . . . 5 ⊢ ℕ ≈ ω
3	1, 2	entr2i 8795	. . . 4 ⊢ ω ≈ ℤ
4		odf1.1	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑋 = (Base‘𝐺)
5		odf1.2	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑂 = (od‘𝐺)
6		odf1.3	. . . . . . . 8 ⊢ · = (.g‘𝐺)
7		odf1.4	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ ℤ ↦ (𝑥 · 𝐴))
8	4, 5, 6, 7	odf1 19169	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐴 ∈ 𝑋) → ((𝑂‘𝐴) = 0 ↔ 𝐹:ℤ–1-1→𝑋))
9	8	biimp3a 1468	. . . . . 6 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐴 ∈ 𝑋 ∧ (𝑂‘𝐴) = 0) → 𝐹:ℤ–1-1→𝑋)
10		f1f 6670	. . . . . 6 ⊢ (𝐹:ℤ–1-1→𝑋 → 𝐹:ℤ⟶𝑋)
11		zex 12328	. . . . . . 7 ⊢ ℤ ∈ V
12	4	fvexi 6788	. . . . . . 7 ⊢ 𝑋 ∈ V
13		fex2 7780	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐹:ℤ⟶𝑋 ∧ ℤ ∈ V ∧ 𝑋 ∈ V) → 𝐹 ∈ V)
14	11, 12, 13	mp3an23 1452	. . . . . 6 ⊢ (𝐹:ℤ⟶𝑋 → 𝐹 ∈ V)
15	9, 10, 14	3syl 18	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐴 ∈ 𝑋 ∧ (𝑂‘𝐴) = 0) → 𝐹 ∈ V)
16		f1f1orn 6727	. . . . . 6 ⊢ (𝐹:ℤ–1-1→𝑋 → 𝐹:ℤ–1-1-onto→ran 𝐹)
17	9, 16	syl 17	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐴 ∈ 𝑋 ∧ (𝑂‘𝐴) = 0) → 𝐹:ℤ–1-1-onto→ran 𝐹)
18		f1oen3g 8754	. . . . 5 ⊢ ((𝐹 ∈ V ∧ 𝐹:ℤ–1-1-onto→ran 𝐹) → ℤ ≈ ran 𝐹)
19	15, 17, 18	syl2anc 584	. . . 4 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐴 ∈ 𝑋 ∧ (𝑂‘𝐴) = 0) → ℤ ≈ ran 𝐹)
20		entr 8792	. . . 4 ⊢ ((ω ≈ ℤ ∧ ℤ ≈ ran 𝐹) → ω ≈ ran 𝐹)
21	3, 19, 20	sylancr 587	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐴 ∈ 𝑋 ∧ (𝑂‘𝐴) = 0) → ω ≈ ran 𝐹)
22		endom 8767	. . 3 ⊢ (ω ≈ ran 𝐹 → ω ≼ ran 𝐹)
23		domnsym 8886	. . 3 ⊢ (ω ≼ ran 𝐹 → ¬ ran 𝐹 ≺ ω)
24	21, 22, 23	3syl 18	. 2 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐴 ∈ 𝑋 ∧ (𝑂‘𝐴) = 0) → ¬ ran 𝐹 ≺ ω)
25		isfinite 9410	. 2 ⊢ (ran 𝐹 ∈ Fin ↔ ran 𝐹 ≺ ω)
26	24, 25	sylnibr 329	1 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐴 ∈ 𝑋 ∧ (𝑂‘𝐴) = 0) → ¬ ran 𝐹 ∈ Fin)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ w3a 1086   = wceq 1539   ∈ wcel 2106  Vcvv 3432   class class class wbr 5074   ↦ cmpt 5157  ran crn 5590  ⟶wf 6429  –1-1→wf1 6430  –1-1-onto→wf1o 6432  ‘cfv 6433  (class class class)co 7275  ωcom 7712   ≈ cen 8730   ≼ cdom 8731   ≺ csdm 8732  Fincfn 8733  0cc0 10871  ℕcn 11973  ℤcz 12319  Basecbs 16912  Grpcgrp 18577  ._gcmg 18700  odcod 19132

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  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 2709  ax-rep 5209  ax-sep 5223  ax-nul 5230  ax-pow 5288  ax-pr 5352  ax-un 7588  ax-inf2 9399  ax-cnex 10927  ax-resscn 10928  ax-1cn 10929  ax-icn 10930  ax-addcl 10931  ax-addrcl 10932  ax-mulcl 10933  ax-mulrcl 10934  ax-mulcom 10935  ax-addass 10936  ax-mulass 10937  ax-distr 10938  ax-i2m1 10939  ax-1ne0 10940  ax-1rid 10941  ax-rnegex 10942  ax-rrecex 10943  ax-cnre 10944  ax-pre-lttri 10945  ax-pre-lttrn 10946  ax-pre-ltadd 10947  ax-pre-mulgt0 10948  ax-pre-sup 10949

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2068  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2816  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3069  df-rex 3070  df-rmo 3071  df-reu 3072  df-rab 3073  df-v 3434  df-sbc 3717  df-csb 3833  df-dif 3890  df-un 3892  df-in 3894  df-ss 3904  df-pss 3906  df-nul 4257  df-if 4460  df-pw 4535  df-sn 4562  df-pr 4564  df-op 4568  df-uni 4840  df-int 4880  df-iun 4926  df-br 5075  df-opab 5137  df-mpt 5158  df-tr 5192  df-id 5489  df-eprel 5495  df-po 5503  df-so 5504  df-fr 5544  df-se 5545  df-we 5546  df-xp 5595  df-rel 5596  df-cnv 5597  df-co 5598  df-dm 5599  df-rn 5600  df-res 5601  df-ima 5602  df-pred 6202  df-ord 6269  df-on 6270  df-lim 6271  df-suc 6272  df-iota 6391  df-fun 6435  df-fn 6436  df-f 6437  df-f1 6438  df-fo 6439  df-f1o 6440  df-fv 6441  df-isom 6442  df-riota 7232  df-ov 7278  df-oprab 7279  df-mpo 7280  df-om 7713  df-1st 7831  df-2nd 7832  df-frecs 8097  df-wrecs 8128  df-recs 8202  df-rdg 8241  df-1o 8297  df-oadd 8301  df-omul 8302  df-er 8498  df-map 8617  df-en 8734  df-dom 8735  df-sdom 8736  df-fin 8737  df-sup 9201  df-inf 9202  df-oi 9269  df-card 9697  df-acn 9700  df-pnf 11011  df-mnf 11012  df-xr 11013  df-ltxr 11014  df-le 11015  df-sub 11207  df-neg 11208  df-div 11633  df-nn 11974  df-2 12036  df-3 12037  df-n0 12234  df-z 12320  df-uz 12583  df-rp 12731  df-fz 13240  df-fl 13512  df-mod 13590  df-seq 13722  df-exp 13783  df-cj 14810  df-re 14811  df-im 14812  df-sqrt 14946  df-abs 14947  df-dvds 15964  df-0g 17152  df-mgm 18326  df-sgrp 18375  df-mnd 18386  df-grp 18580  df-minusg 18581  df-sbg 18582  df-mulg 18701  df-od 19136

This theorem is referenced by:  dfod2  19171  odcl2  19172