MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  ablfacrp2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem ablfacrp2 18466
Description: The factors 𝐾, 𝐿 of ablfacrp 18465 have the expected orders (which allows for repeated application to decompose 𝐺 into subgroups of prime-power order). Lemma 6.1C.2 of [Shapiro], p. 199. (Contributed by Mario Carneiro, 21-Apr-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
ablfacrp.b 𝐵 = (Base‘𝐺)
ablfacrp.o 𝑂 = (od‘𝐺)
ablfacrp.k 𝐾 = {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑀}
ablfacrp.l 𝐿 = {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑁}
ablfacrp.g (𝜑𝐺 ∈ Abel)
ablfacrp.m (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
ablfacrp.n (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
ablfacrp.1 (𝜑 → (𝑀 gcd 𝑁) = 1)
ablfacrp.2 (𝜑 → (#‘𝐵) = (𝑀 · 𝑁))
Assertion
Ref Expression
ablfacrp2 (𝜑 → ((#‘𝐾) = 𝑀 ∧ (#‘𝐿) = 𝑁))
Distinct variable groups:   𝑥,𝐵   𝑥,𝐺   𝑥,𝑂   𝑥,𝑀   𝑥,𝑁   𝜑,𝑥
Allowed substitution hints:   𝐾(𝑥)   𝐿(𝑥)

Proof of Theorem ablfacrp2
StepHypRef Expression
1 ablfacrp.2 . . . . . . 7 (𝜑 → (#‘𝐵) = (𝑀 · 𝑁))
2 ablfacrp.m . . . . . . . . 9 (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
32nnnn0d 11351 . . . . . . . 8 (𝜑𝑀 ∈ ℕ0)
4 ablfacrp.n . . . . . . . . 9 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
54nnnn0d 11351 . . . . . . . 8 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
63, 5nn0mulcld 11356 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝑀 · 𝑁) ∈ ℕ0)
71, 6eqeltrd 2701 . . . . . 6 (𝜑 → (#‘𝐵) ∈ ℕ0)
8 ablfacrp.b . . . . . . . 8 𝐵 = (Base‘𝐺)
9 fvex 6201 . . . . . . . 8 (Base‘𝐺) ∈ V
108, 9eqeltri 2697 . . . . . . 7 𝐵 ∈ V
11 hashclb 13149 . . . . . . 7 (𝐵 ∈ V → (𝐵 ∈ Fin ↔ (#‘𝐵) ∈ ℕ0))
1210, 11ax-mp 5 . . . . . 6 (𝐵 ∈ Fin ↔ (#‘𝐵) ∈ ℕ0)
137, 12sylibr 224 . . . . 5 (𝜑𝐵 ∈ Fin)
14 ablfacrp.k . . . . . 6 𝐾 = {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑀}
15 ssrab2 3687 . . . . . 6 {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑀} ⊆ 𝐵
1614, 15eqsstri 3635 . . . . 5 𝐾𝐵
17 ssfi 8180 . . . . 5 ((𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐾𝐵) → 𝐾 ∈ Fin)
1813, 16, 17sylancl 694 . . . 4 (𝜑𝐾 ∈ Fin)
19 hashcl 13147 . . . 4 (𝐾 ∈ Fin → (#‘𝐾) ∈ ℕ0)
2018, 19syl 17 . . 3 (𝜑 → (#‘𝐾) ∈ ℕ0)
21 ablfacrp.g . . . . . . . 8 (𝜑𝐺 ∈ Abel)
222nnzd 11481 . . . . . . . 8 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
23 ablfacrp.o . . . . . . . . 9 𝑂 = (od‘𝐺)
2423, 8oddvdssubg 18258 . . . . . . . 8 ((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝑀 ∈ ℤ) → {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑀} ∈ (SubGrp‘𝐺))
2521, 22, 24syl2anc 693 . . . . . . 7 (𝜑 → {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑀} ∈ (SubGrp‘𝐺))
2614, 25syl5eqel 2705 . . . . . 6 (𝜑𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺))
278lagsubg 17656 . . . . . 6 ((𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (#‘𝐾) ∥ (#‘𝐵))
2826, 13, 27syl2anc 693 . . . . 5 (𝜑 → (#‘𝐾) ∥ (#‘𝐵))
292nncnd 11036 . . . . . . 7 (𝜑𝑀 ∈ ℂ)
304nncnd 11036 . . . . . . 7 (𝜑𝑁 ∈ ℂ)
3129, 30mulcomd 10061 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑀 · 𝑁) = (𝑁 · 𝑀))
321, 31eqtrd 2656 . . . . 5 (𝜑 → (#‘𝐵) = (𝑁 · 𝑀))
3328, 32breqtrd 4679 . . . 4 (𝜑 → (#‘𝐾) ∥ (𝑁 · 𝑀))
34 ablfacrp.l . . . . 5 𝐿 = {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑁}
35 ablfacrp.1 . . . . 5 (𝜑 → (𝑀 gcd 𝑁) = 1)
368, 23, 14, 34, 21, 2, 4, 35, 1ablfacrplem 18464 . . . 4 (𝜑 → ((#‘𝐾) gcd 𝑁) = 1)
3720nn0zd 11480 . . . . 5 (𝜑 → (#‘𝐾) ∈ ℤ)
384nnzd 11481 . . . . 5 (𝜑𝑁 ∈ ℤ)
39 coprmdvds 15366 . . . . 5 (((#‘𝐾) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ) → (((#‘𝐾) ∥ (𝑁 · 𝑀) ∧ ((#‘𝐾) gcd 𝑁) = 1) → (#‘𝐾) ∥ 𝑀))
4037, 38, 22, 39syl3anc 1326 . . . 4 (𝜑 → (((#‘𝐾) ∥ (𝑁 · 𝑀) ∧ ((#‘𝐾) gcd 𝑁) = 1) → (#‘𝐾) ∥ 𝑀))
4133, 36, 40mp2and 715 . . 3 (𝜑 → (#‘𝐾) ∥ 𝑀)
4223, 8oddvdssubg 18258 . . . . . . . . . . 11 ((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑁} ∈ (SubGrp‘𝐺))
4321, 38, 42syl2anc 693 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑁} ∈ (SubGrp‘𝐺))
4434, 43syl5eqel 2705 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐿 ∈ (SubGrp‘𝐺))
458lagsubg 17656 . . . . . . . . 9 ((𝐿 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (#‘𝐿) ∥ (#‘𝐵))
4644, 13, 45syl2anc 693 . . . . . . . 8 (𝜑 → (#‘𝐿) ∥ (#‘𝐵))
4746, 1breqtrd 4679 . . . . . . 7 (𝜑 → (#‘𝐿) ∥ (𝑀 · 𝑁))
48 gcdcom 15235 . . . . . . . . . 10 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (𝑀 gcd 𝑁) = (𝑁 gcd 𝑀))
4922, 38, 48syl2anc 693 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝑀 gcd 𝑁) = (𝑁 gcd 𝑀))
5049, 35eqtr3d 2658 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑁 gcd 𝑀) = 1)
518, 23, 34, 14, 21, 4, 2, 50, 32ablfacrplem 18464 . . . . . . 7 (𝜑 → ((#‘𝐿) gcd 𝑀) = 1)
52 ssrab2 3687 . . . . . . . . . . . 12 {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑁} ⊆ 𝐵
5334, 52eqsstri 3635 . . . . . . . . . . 11 𝐿𝐵
54 ssfi 8180 . . . . . . . . . . 11 ((𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐿𝐵) → 𝐿 ∈ Fin)
5513, 53, 54sylancl 694 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐿 ∈ Fin)
56 hashcl 13147 . . . . . . . . . 10 (𝐿 ∈ Fin → (#‘𝐿) ∈ ℕ0)
5755, 56syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (#‘𝐿) ∈ ℕ0)
5857nn0zd 11480 . . . . . . . 8 (𝜑 → (#‘𝐿) ∈ ℤ)
59 coprmdvds 15366 . . . . . . . 8 (((#‘𝐿) ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (((#‘𝐿) ∥ (𝑀 · 𝑁) ∧ ((#‘𝐿) gcd 𝑀) = 1) → (#‘𝐿) ∥ 𝑁))
6058, 22, 38, 59syl3anc 1326 . . . . . . 7 (𝜑 → (((#‘𝐿) ∥ (𝑀 · 𝑁) ∧ ((#‘𝐿) gcd 𝑀) = 1) → (#‘𝐿) ∥ 𝑁))
6147, 51, 60mp2and 715 . . . . . 6 (𝜑 → (#‘𝐿) ∥ 𝑁)
62 dvdscmul 15008 . . . . . . 7 (((#‘𝐿) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ) → ((#‘𝐿) ∥ 𝑁 → (𝑀 · (#‘𝐿)) ∥ (𝑀 · 𝑁)))
6358, 38, 22, 62syl3anc 1326 . . . . . 6 (𝜑 → ((#‘𝐿) ∥ 𝑁 → (𝑀 · (#‘𝐿)) ∥ (𝑀 · 𝑁)))
6461, 63mpd 15 . . . . 5 (𝜑 → (𝑀 · (#‘𝐿)) ∥ (𝑀 · 𝑁))
65 eqid 2622 . . . . . . . . . 10 (0g𝐺) = (0g𝐺)
66 eqid 2622 . . . . . . . . . 10 (LSSum‘𝐺) = (LSSum‘𝐺)
678, 23, 14, 34, 21, 2, 4, 35, 1, 65, 66ablfacrp 18465 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((𝐾𝐿) = {(0g𝐺)} ∧ (𝐾(LSSum‘𝐺)𝐿) = 𝐵))
6867simprd 479 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐾(LSSum‘𝐺)𝐿) = 𝐵)
6968fveq2d 6195 . . . . . . 7 (𝜑 → (#‘(𝐾(LSSum‘𝐺)𝐿)) = (#‘𝐵))
70 eqid 2622 . . . . . . . 8 (Cntz‘𝐺) = (Cntz‘𝐺)
7167simpld 475 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐾𝐿) = {(0g𝐺)})
7270, 21, 26, 44ablcntzd 18260 . . . . . . . 8 (𝜑𝐾 ⊆ ((Cntz‘𝐺)‘𝐿))
7366, 65, 70, 26, 44, 71, 72, 18, 55lsmhash 18118 . . . . . . 7 (𝜑 → (#‘(𝐾(LSSum‘𝐺)𝐿)) = ((#‘𝐾) · (#‘𝐿)))
7469, 73eqtr3d 2658 . . . . . 6 (𝜑 → (#‘𝐵) = ((#‘𝐾) · (#‘𝐿)))
7574, 1eqtr3d 2658 . . . . 5 (𝜑 → ((#‘𝐾) · (#‘𝐿)) = (𝑀 · 𝑁))
7664, 75breqtrrd 4681 . . . 4 (𝜑 → (𝑀 · (#‘𝐿)) ∥ ((#‘𝐾) · (#‘𝐿)))
7765subg0cl 17602 . . . . . . . 8 (𝐿 ∈ (SubGrp‘𝐺) → (0g𝐺) ∈ 𝐿)
78 ne0i 3921 . . . . . . . 8 ((0g𝐺) ∈ 𝐿𝐿 ≠ ∅)
7944, 77, 783syl 18 . . . . . . 7 (𝜑𝐿 ≠ ∅)
80 hashnncl 13157 . . . . . . . 8 (𝐿 ∈ Fin → ((#‘𝐿) ∈ ℕ ↔ 𝐿 ≠ ∅))
8155, 80syl 17 . . . . . . 7 (𝜑 → ((#‘𝐿) ∈ ℕ ↔ 𝐿 ≠ ∅))
8279, 81mpbird 247 . . . . . 6 (𝜑 → (#‘𝐿) ∈ ℕ)
8382nnne0d 11065 . . . . 5 (𝜑 → (#‘𝐿) ≠ 0)
84 dvdsmulcr 15011 . . . . 5 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ (#‘𝐾) ∈ ℤ ∧ ((#‘𝐿) ∈ ℤ ∧ (#‘𝐿) ≠ 0)) → ((𝑀 · (#‘𝐿)) ∥ ((#‘𝐾) · (#‘𝐿)) ↔ 𝑀 ∥ (#‘𝐾)))
8522, 37, 58, 83, 84syl112anc 1330 . . . 4 (𝜑 → ((𝑀 · (#‘𝐿)) ∥ ((#‘𝐾) · (#‘𝐿)) ↔ 𝑀 ∥ (#‘𝐾)))
8676, 85mpbid 222 . . 3 (𝜑𝑀 ∥ (#‘𝐾))
87 dvdseq 15036 . . 3 ((((#‘𝐾) ∈ ℕ0𝑀 ∈ ℕ0) ∧ ((#‘𝐾) ∥ 𝑀𝑀 ∥ (#‘𝐾))) → (#‘𝐾) = 𝑀)
8820, 3, 41, 86, 87syl22anc 1327 . 2 (𝜑 → (#‘𝐾) = 𝑀)
89 dvdsmulc 15009 . . . . . . 7 (((#‘𝐾) ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → ((#‘𝐾) ∥ 𝑀 → ((#‘𝐾) · 𝑁) ∥ (𝑀 · 𝑁)))
9037, 22, 38, 89syl3anc 1326 . . . . . 6 (𝜑 → ((#‘𝐾) ∥ 𝑀 → ((#‘𝐾) · 𝑁) ∥ (𝑀 · 𝑁)))
9141, 90mpd 15 . . . . 5 (𝜑 → ((#‘𝐾) · 𝑁) ∥ (𝑀 · 𝑁))
9291, 75breqtrrd 4681 . . . 4 (𝜑 → ((#‘𝐾) · 𝑁) ∥ ((#‘𝐾) · (#‘𝐿)))
9388, 2eqeltrd 2701 . . . . . 6 (𝜑 → (#‘𝐾) ∈ ℕ)
9493nnne0d 11065 . . . . 5 (𝜑 → (#‘𝐾) ≠ 0)
95 dvdscmulr 15010 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ (#‘𝐿) ∈ ℤ ∧ ((#‘𝐾) ∈ ℤ ∧ (#‘𝐾) ≠ 0)) → (((#‘𝐾) · 𝑁) ∥ ((#‘𝐾) · (#‘𝐿)) ↔ 𝑁 ∥ (#‘𝐿)))
9638, 58, 37, 94, 95syl112anc 1330 . . . 4 (𝜑 → (((#‘𝐾) · 𝑁) ∥ ((#‘𝐾) · (#‘𝐿)) ↔ 𝑁 ∥ (#‘𝐿)))
9792, 96mpbid 222 . . 3 (𝜑𝑁 ∥ (#‘𝐿))
98 dvdseq 15036 . . 3 ((((#‘𝐿) ∈ ℕ0𝑁 ∈ ℕ0) ∧ ((#‘𝐿) ∥ 𝑁𝑁 ∥ (#‘𝐿))) → (#‘𝐿) = 𝑁)
9957, 5, 61, 97, 98syl22anc 1327 . 2 (𝜑 → (#‘𝐿) = 𝑁)
10088, 99jca 554 1 (𝜑 → ((#‘𝐾) = 𝑀 ∧ (#‘𝐿) = 𝑁))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 384   = wceq 1483  wcel 1990  wne 2794  {crab 2916  Vcvv 3200  cin 3573  wss 3574  c0 3915  {csn 4177   class class class wbr 4653  cfv 5888  (class class class)co 6650  Fincfn 7955  0cc0 9936  1c1 9937   · cmul 9941  cn 11020  0cn0 11292  cz 11377  #chash 13117  cdvds 14983   gcd cgcd 15216  Basecbs 15857  0gc0g 16100  SubGrpcsubg 17588  Cntzccntz 17748  odcod 17944  LSSumclsm 18049  Abelcabl 18194
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1722  ax-4 1737  ax-5 1839  ax-6 1888  ax-7 1935  ax-8 1992  ax-9 1999  ax-10 2019  ax-11 2034  ax-12 2047  ax-13 2246  ax-ext 2602  ax-rep 4771  ax-sep 4781  ax-nul 4789  ax-pow 4843  ax-pr 4906  ax-un 6949  ax-inf2 8538  ax-cnex 9992  ax-resscn 9993  ax-1cn 9994  ax-icn 9995  ax-addcl 9996  ax-addrcl 9997  ax-mulcl 9998  ax-mulrcl 9999  ax-mulcom 10000  ax-addass 10001  ax-mulass 10002  ax-distr 10003  ax-i2m1 10004  ax-1ne0 10005  ax-1rid 10006  ax-rnegex 10007  ax-rrecex 10008  ax-cnre 10009  ax-pre-lttri 10010  ax-pre-lttrn 10011  ax-pre-ltadd 10012  ax-pre-mulgt0 10013  ax-pre-sup 10014
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1038  df-3an 1039  df-tru 1486  df-fal 1489  df-ex 1705  df-nf 1710  df-sb 1881  df-eu 2474  df-mo 2475  df-clab 2609  df-cleq 2615  df-clel 2618  df-nfc 2753  df-ne 2795  df-nel 2898  df-ral 2917  df-rex 2918  df-reu 2919  df-rmo 2920  df-rab 2921  df-v 3202  df-sbc 3436  df-csb 3534  df-dif 3577  df-un 3579  df-in 3581  df-ss 3588  df-pss 3590  df-nul 3916  df-if 4087  df-pw 4160  df-sn 4178  df-pr 4180  df-tp 4182  df-op 4184  df-uni 4437  df-int 4476  df-iun 4522  df-disj 4621  df-br 4654  df-opab 4713  df-mpt 4730  df-tr 4753  df-id 5024  df-eprel 5029  df-po 5035  df-so 5036  df-fr 5073  df-se 5074  df-we 5075  df-xp 5120  df-rel 5121  df-cnv 5122  df-co 5123  df-dm 5124  df-rn 5125  df-res 5126  df-ima 5127  df-pred 5680  df-ord 5726  df-on 5727  df-lim 5728  df-suc 5729  df-iota 5851  df-fun 5890  df-fn 5891  df-f 5892  df-f1 5893  df-fo 5894  df-f1o 5895  df-fv 5896  df-isom 5897  df-riota 6611  df-ov 6653  df-oprab 6654  df-mpt2 6655  df-om 7066  df-1st 7168  df-2nd 7169  df-wrecs 7407  df-recs 7468  df-rdg 7506  df-1o 7560  df-2o 7561  df-oadd 7564  df-omul 7565  df-er 7742  df-ec 7744  df-qs 7748  df-map 7859  df-en 7956  df-dom 7957  df-sdom 7958  df-fin 7959  df-sup 8348  df-inf 8349  df-oi 8415  df-card 8765  df-acn 8768  df-cda 8990  df-pnf 10076  df-mnf 10077  df-xr 10078  df-ltxr 10079  df-le 10080  df-sub 10268  df-neg 10269  df-div 10685  df-nn 11021  df-2 11079  df-3 11080  df-n0 11293  df-xnn0 11364  df-z 11378  df-uz 11688  df-q 11789  df-rp 11833  df-fz 12327  df-fzo 12466  df-fl 12593  df-mod 12669  df-seq 12802  df-exp 12861  df-fac 13061  df-bc 13090  df-hash 13118  df-cj 13839  df-re 13840  df-im 13841  df-sqrt 13975  df-abs 13976  df-clim 14219  df-sum 14417  df-dvds 14984  df-gcd 15217  df-prm 15386  df-pc 15542  df-ndx 15860  df-slot 15861  df-base 15863  df-sets 15864  df-ress 15865  df-plusg 15954  df-0g 16102  df-mgm 17242  df-sgrp 17284  df-mnd 17295  df-submnd 17336  df-grp 17425  df-minusg 17426  df-sbg 17427  df-mulg 17541  df-subg 17591  df-eqg 17593  df-ga 17723  df-cntz 17750  df-od 17948  df-lsm 18051  df-pj1 18052  df-cmn 18195  df-abl 18196
This theorem is referenced by:  ablfac1a  18468
  Copyright terms: Public domain W3C validator