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

Theorem ablfacrplem 18464
Description: Lemma for ablfacrp2 18466. (Contributed by Mario Carneiro, 19-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
ablfacrplem (𝜑 → ((#‘𝐾) gcd 𝑁) = 1)
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 ablfacrplem
Dummy variables 𝑔 𝑝 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nprmdvds1 15418 . . . . . . 7 (𝑝 ∈ ℙ → ¬ 𝑝 ∥ 1)
21adantl 482 . . . . . 6 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → ¬ 𝑝 ∥ 1)
3 ablfacrp.1 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑀 gcd 𝑁) = 1)
43adantr 481 . . . . . . 7 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → (𝑀 gcd 𝑁) = 1)
54breq2d 4665 . . . . . 6 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 ∥ (𝑀 gcd 𝑁) ↔ 𝑝 ∥ 1))
62, 5mtbird 315 . . . . 5 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → ¬ 𝑝 ∥ (𝑀 gcd 𝑁))
7 ablfacrp.k . . . . . . . . . . . . . 14 𝐾 = {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑀}
8 ablfacrp.g . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑𝐺 ∈ Abel)
9 ablfacrp.m . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
109nnzd 11481 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
11 ablfacrp.o . . . . . . . . . . . . . . . 16 𝑂 = (od‘𝐺)
12 ablfacrp.b . . . . . . . . . . . . . . . 16 𝐵 = (Base‘𝐺)
1311, 12oddvdssubg 18258 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝑀 ∈ ℤ) → {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑀} ∈ (SubGrp‘𝐺))
148, 10, 13syl2anc 693 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑀} ∈ (SubGrp‘𝐺))
157, 14syl5eqel 2705 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺))
1615ad2antrr 762 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (#‘𝐾)) → 𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺))
17 eqid 2622 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐺s 𝐾) = (𝐺s 𝐾)
1817subggrp 17597 . . . . . . . . . . . 12 (𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺) → (𝐺s 𝐾) ∈ Grp)
1916, 18syl 17 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (#‘𝐾)) → (𝐺s 𝐾) ∈ Grp)
2017subgbas 17598 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝐾 = (Base‘(𝐺s 𝐾)))
2116, 20syl 17 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (#‘𝐾)) → 𝐾 = (Base‘(𝐺s 𝐾)))
22 ablfacrp.2 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑 → (#‘𝐵) = (𝑀 · 𝑁))
239nnnn0d 11351 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝜑𝑀 ∈ ℕ0)
24 ablfacrp.n . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
2524nnnn0d 11351 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
2623, 25nn0mulcld 11356 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑 → (𝑀 · 𝑁) ∈ ℕ0)
2722, 26eqeltrd 2701 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → (#‘𝐵) ∈ ℕ0)
28 fvex 6201 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (Base‘𝐺) ∈ V
2912, 28eqeltri 2697 . . . . . . . . . . . . . . . 16 𝐵 ∈ V
30 hashclb 13149 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝐵 ∈ V → (𝐵 ∈ Fin ↔ (#‘𝐵) ∈ ℕ0))
3129, 30ax-mp 5 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐵 ∈ Fin ↔ (#‘𝐵) ∈ ℕ0)
3227, 31sylibr 224 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑𝐵 ∈ Fin)
33 ssrab2 3687 . . . . . . . . . . . . . . 15 {𝑥𝐵 ∣ (𝑂𝑥) ∥ 𝑀} ⊆ 𝐵
347, 33eqsstri 3635 . . . . . . . . . . . . . 14 𝐾𝐵
35 ssfi 8180 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐾𝐵) → 𝐾 ∈ Fin)
3632, 34, 35sylancl 694 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑𝐾 ∈ Fin)
3736ad2antrr 762 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (#‘𝐾)) → 𝐾 ∈ Fin)
3821, 37eqeltrrd 2702 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (#‘𝐾)) → (Base‘(𝐺s 𝐾)) ∈ Fin)
39 simplr 792 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (#‘𝐾)) → 𝑝 ∈ ℙ)
40 simpr 477 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (#‘𝐾)) → 𝑝 ∥ (#‘𝐾))
4121fveq2d 6195 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (#‘𝐾)) → (#‘𝐾) = (#‘(Base‘(𝐺s 𝐾))))
4240, 41breqtrd 4679 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (#‘𝐾)) → 𝑝 ∥ (#‘(Base‘(𝐺s 𝐾))))
43 eqid 2622 . . . . . . . . . . . 12 (Base‘(𝐺s 𝐾)) = (Base‘(𝐺s 𝐾))
44 eqid 2622 . . . . . . . . . . . 12 (od‘(𝐺s 𝐾)) = (od‘(𝐺s 𝐾))
4543, 44odcau 18019 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐺s 𝐾) ∈ Grp ∧ (Base‘(𝐺s 𝐾)) ∈ Fin ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (#‘(Base‘(𝐺s 𝐾)))) → ∃𝑔 ∈ (Base‘(𝐺s 𝐾))((od‘(𝐺s 𝐾))‘𝑔) = 𝑝)
4619, 38, 39, 42, 45syl31anc 1329 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (#‘𝐾)) → ∃𝑔 ∈ (Base‘(𝐺s 𝐾))((od‘(𝐺s 𝐾))‘𝑔) = 𝑝)
4721rexeqdv 3145 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (#‘𝐾)) → (∃𝑔𝐾 ((od‘(𝐺s 𝐾))‘𝑔) = 𝑝 ↔ ∃𝑔 ∈ (Base‘(𝐺s 𝐾))((od‘(𝐺s 𝐾))‘𝑔) = 𝑝))
4846, 47mpbird 247 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (#‘𝐾)) → ∃𝑔𝐾 ((od‘(𝐺s 𝐾))‘𝑔) = 𝑝)
4917, 11, 44subgod 17985 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑔𝐾) → (𝑂𝑔) = ((od‘(𝐺s 𝐾))‘𝑔))
5016, 49sylan 488 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (#‘𝐾)) ∧ 𝑔𝐾) → (𝑂𝑔) = ((od‘(𝐺s 𝐾))‘𝑔))
51 fveq2 6191 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑥 = 𝑔 → (𝑂𝑥) = (𝑂𝑔))
5251breq1d 4663 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 = 𝑔 → ((𝑂𝑥) ∥ 𝑀 ↔ (𝑂𝑔) ∥ 𝑀))
5352, 7elrab2 3366 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑔𝐾 ↔ (𝑔𝐵 ∧ (𝑂𝑔) ∥ 𝑀))
5453simprbi 480 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑔𝐾 → (𝑂𝑔) ∥ 𝑀)
5554adantl 482 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (#‘𝐾)) ∧ 𝑔𝐾) → (𝑂𝑔) ∥ 𝑀)
5650, 55eqbrtrrd 4677 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (#‘𝐾)) ∧ 𝑔𝐾) → ((od‘(𝐺s 𝐾))‘𝑔) ∥ 𝑀)
57 breq1 4656 . . . . . . . . . . 11 (((od‘(𝐺s 𝐾))‘𝑔) = 𝑝 → (((od‘(𝐺s 𝐾))‘𝑔) ∥ 𝑀𝑝𝑀))
5856, 57syl5ibcom 235 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (#‘𝐾)) ∧ 𝑔𝐾) → (((od‘(𝐺s 𝐾))‘𝑔) = 𝑝𝑝𝑀))
5958rexlimdva 3031 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (#‘𝐾)) → (∃𝑔𝐾 ((od‘(𝐺s 𝐾))‘𝑔) = 𝑝𝑝𝑀))
6048, 59mpd 15 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (#‘𝐾)) → 𝑝𝑀)
6160ex 450 . . . . . . 7 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 ∥ (#‘𝐾) → 𝑝𝑀))
6261anim1d 588 . . . . . 6 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → ((𝑝 ∥ (#‘𝐾) ∧ 𝑝𝑁) → (𝑝𝑀𝑝𝑁)))
63 prmz 15389 . . . . . . . 8 (𝑝 ∈ ℙ → 𝑝 ∈ ℤ)
6463adantl 482 . . . . . . 7 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → 𝑝 ∈ ℤ)
65 hashcl 13147 . . . . . . . . . 10 (𝐾 ∈ Fin → (#‘𝐾) ∈ ℕ0)
6636, 65syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (#‘𝐾) ∈ ℕ0)
6766nn0zd 11480 . . . . . . . 8 (𝜑 → (#‘𝐾) ∈ ℤ)
6867adantr 481 . . . . . . 7 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → (#‘𝐾) ∈ ℤ)
6924nnzd 11481 . . . . . . . 8 (𝜑𝑁 ∈ ℤ)
7069adantr 481 . . . . . . 7 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → 𝑁 ∈ ℤ)
71 dvdsgcdb 15262 . . . . . . 7 ((𝑝 ∈ ℤ ∧ (#‘𝐾) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → ((𝑝 ∥ (#‘𝐾) ∧ 𝑝𝑁) ↔ 𝑝 ∥ ((#‘𝐾) gcd 𝑁)))
7264, 68, 70, 71syl3anc 1326 . . . . . 6 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → ((𝑝 ∥ (#‘𝐾) ∧ 𝑝𝑁) ↔ 𝑝 ∥ ((#‘𝐾) gcd 𝑁)))
7310adantr 481 . . . . . . 7 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → 𝑀 ∈ ℤ)
74 dvdsgcdb 15262 . . . . . . 7 ((𝑝 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → ((𝑝𝑀𝑝𝑁) ↔ 𝑝 ∥ (𝑀 gcd 𝑁)))
7564, 73, 70, 74syl3anc 1326 . . . . . 6 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → ((𝑝𝑀𝑝𝑁) ↔ 𝑝 ∥ (𝑀 gcd 𝑁)))
7662, 72, 753imtr3d 282 . . . . 5 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 ∥ ((#‘𝐾) gcd 𝑁) → 𝑝 ∥ (𝑀 gcd 𝑁)))
776, 76mtod 189 . . . 4 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → ¬ 𝑝 ∥ ((#‘𝐾) gcd 𝑁))
7877nrexdv 3001 . . 3 (𝜑 → ¬ ∃𝑝 ∈ ℙ 𝑝 ∥ ((#‘𝐾) gcd 𝑁))
79 exprmfct 15416 . . 3 (((#‘𝐾) gcd 𝑁) ∈ (ℤ‘2) → ∃𝑝 ∈ ℙ 𝑝 ∥ ((#‘𝐾) gcd 𝑁))
8078, 79nsyl 135 . 2 (𝜑 → ¬ ((#‘𝐾) gcd 𝑁) ∈ (ℤ‘2))
8124nnne0d 11065 . . . . . 6 (𝜑𝑁 ≠ 0)
82 simpr 477 . . . . . . 7 (((#‘𝐾) = 0 ∧ 𝑁 = 0) → 𝑁 = 0)
8382necon3ai 2819 . . . . . 6 (𝑁 ≠ 0 → ¬ ((#‘𝐾) = 0 ∧ 𝑁 = 0))
8481, 83syl 17 . . . . 5 (𝜑 → ¬ ((#‘𝐾) = 0 ∧ 𝑁 = 0))
85 gcdn0cl 15224 . . . . 5 ((((#‘𝐾) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) ∧ ¬ ((#‘𝐾) = 0 ∧ 𝑁 = 0)) → ((#‘𝐾) gcd 𝑁) ∈ ℕ)
8667, 69, 84, 85syl21anc 1325 . . . 4 (𝜑 → ((#‘𝐾) gcd 𝑁) ∈ ℕ)
87 elnn1uz2 11765 . . . 4 (((#‘𝐾) gcd 𝑁) ∈ ℕ ↔ (((#‘𝐾) gcd 𝑁) = 1 ∨ ((#‘𝐾) gcd 𝑁) ∈ (ℤ‘2)))
8886, 87sylib 208 . . 3 (𝜑 → (((#‘𝐾) gcd 𝑁) = 1 ∨ ((#‘𝐾) gcd 𝑁) ∈ (ℤ‘2)))
8988ord 392 . 2 (𝜑 → (¬ ((#‘𝐾) gcd 𝑁) = 1 → ((#‘𝐾) gcd 𝑁) ∈ (ℤ‘2)))
9080, 89mt3d 140 1 (𝜑 → ((#‘𝐾) gcd 𝑁) = 1)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 196  wo 383  wa 384   = wceq 1483  wcel 1990  wne 2794  wrex 2913  {crab 2916  Vcvv 3200  wss 3574   class class class wbr 4653  cfv 5888  (class class class)co 6650  Fincfn 7955  0cc0 9936  1c1 9937   · cmul 9941  cn 11020  2c2 11070  0cn0 11292  cz 11377  cuz 11687  #chash 13117  cdvds 14983   gcd cgcd 15216  cprime 15385  Basecbs 15857  s cress 15858  Grpcgrp 17422  SubGrpcsubg 17588  odcod 17944  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-od 17948  df-cmn 18195  df-abl 18196
This theorem is referenced by:  ablfacrp2  18466
  Copyright terms: Public domain W3C validator