Theorem cyggex2 18298

Description: The exponent of a cyclic group is 0 if the group is infinite, otherwise it equals the order of the group. (Contributed by Mario Carneiro, 24-Apr-2016.)

Hypotheses

Ref	Expression
cygctb.1	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
cyggex.o	⊢ 𝐸 = (gEx‘𝐺)

Assertion

Ref	Expression
cyggex2	⊢ (𝐺 ∈ CycGrp → 𝐸 = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))

Proof of Theorem cyggex2

Dummy variables 𝑛 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		cygctb.1	. . 3 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
2		eqid 2622	. . 3 ⊢ (.g‘𝐺) = (.g‘𝐺)
3		eqid 2622	. . 3 ⊢ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵} = {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵}
4	1, 2, 3	iscyg2 18284	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ CycGrp ↔ (𝐺 ∈ Grp ∧ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵} ≠ ∅))
5		n0 3931	. . . 4 ⊢ ({𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵} ≠ ∅ ↔ ∃𝑦 𝑦 ∈ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵})
6		ssrab2 3687	. . . . . . . . 9 ⊢ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵} ⊆ 𝐵
7		simpr 477	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵}) → 𝑦 ∈ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵})
8	6, 7	sseldi 3601	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵}) → 𝑦 ∈ 𝐵)
9		eqid 2622	. . . . . . . . 9 ⊢ (od‘𝐺) = (od‘𝐺)
10	1, 2, 3, 9	cyggenod2 18287	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵}) → ((od‘𝐺)‘𝑦) = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))
11	8, 10	jca 554	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵}) → (𝑦 ∈ 𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑦) = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0)))
12	11	ex 450	. . . . . 6 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (𝑦 ∈ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵} → (𝑦 ∈ 𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑦) = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))))
13		cyggex.o	. . . . . . . . . 10 ⊢ 𝐸 = (gEx‘𝐺)
14	1, 13	gexcl 17995	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → 𝐸 ∈ ℕ0)
15	14	adantr 481	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑦 ∈ 𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑦) = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))) → 𝐸 ∈ ℕ0)
16		hashcl 13147	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐵 ∈ Fin → (#‘𝐵) ∈ ℕ0)
17	16	adantl 482	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑦 ∈ 𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑦) = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))) ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (#‘𝐵) ∈ ℕ0)
18		0nn0 11307	. . . . . . . . . 10 ⊢ 0 ∈ ℕ0
19	18	a1i 11	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑦 ∈ 𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑦) = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))) ∧ ¬ 𝐵 ∈ Fin) → 0 ∈ ℕ0)
20	17, 19	ifclda 4120	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑦 ∈ 𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑦) = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))) → if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0) ∈ ℕ0)
21		breq2 4657	. . . . . . . . 9 ⊢ ((#‘𝐵) = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0) → (𝐸 ∥ (#‘𝐵) ↔ 𝐸 ∥ if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0)))
22		breq2 4657	. . . . . . . . 9 ⊢ (0 = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0) → (𝐸 ∥ 0 ↔ 𝐸 ∥ if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0)))
23	1, 13	gexdvds3 18005	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐵 ∈ Fin) → 𝐸 ∥ (#‘𝐵))
24	23	adantlr 751	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑦 ∈ 𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑦) = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))) ∧ 𝐵 ∈ Fin) → 𝐸 ∥ (#‘𝐵))
25	15	adantr 481	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑦 ∈ 𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑦) = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))) ∧ ¬ 𝐵 ∈ Fin) → 𝐸 ∈ ℕ0)
26		nn0z 11400	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐸 ∈ ℕ0 → 𝐸 ∈ ℤ)
27		dvds0 14997	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐸 ∈ ℤ → 𝐸 ∥ 0)
28	25, 26, 27	3syl 18	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑦 ∈ 𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑦) = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))) ∧ ¬ 𝐵 ∈ Fin) → 𝐸 ∥ 0)
29	21, 22, 24, 28	ifbothda 4123	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑦 ∈ 𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑦) = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))) → 𝐸 ∥ if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))
30		simprr 796	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑦 ∈ 𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑦) = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))) → ((od‘𝐺)‘𝑦) = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))
31	1, 13, 9	gexod 18001	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ 𝐵) → ((od‘𝐺)‘𝑦) ∥ 𝐸)
32	31	adantrr 753	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑦 ∈ 𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑦) = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))) → ((od‘𝐺)‘𝑦) ∥ 𝐸)
33	30, 32	eqbrtrrd 4677	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑦 ∈ 𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑦) = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))) → if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0) ∥ 𝐸)
34		dvdseq 15036	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐸 ∈ ℕ0 ∧ if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0) ∈ ℕ0) ∧ (𝐸 ∥ if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0) ∧ if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0) ∥ 𝐸)) → 𝐸 = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))
35	15, 20, 29, 33, 34	syl22anc 1327	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑦 ∈ 𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑦) = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))) → 𝐸 = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))
36	35	ex 450	. . . . . 6 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → ((𝑦 ∈ 𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑦) = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0)) → 𝐸 = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0)))
37	12, 36	syld 47	. . . . 5 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (𝑦 ∈ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵} → 𝐸 = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0)))
38	37	exlimdv 1861	. . . 4 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (∃𝑦 𝑦 ∈ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵} → 𝐸 = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0)))
39	5, 38	syl5bi 232	. . 3 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → ({𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵} ≠ ∅ → 𝐸 = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0)))
40	39	imp 445	. 2 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) = 𝐵} ≠ ∅) → 𝐸 = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))
41	4, 40	sylbi 207	1 ⊢ (𝐺 ∈ CycGrp → 𝐸 = if(𝐵 ∈ Fin, (#‘𝐵), 0))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 384   = wceq 1483  ∃wex 1704   ∈ wcel 1990   ≠ wne 2794  {crab 2916  ∅c0 3915  ifcif 4086   class class class wbr 4653   ↦ cmpt 4729  ran crn 5115  ‘cfv 5888  (class class class)co 6650  Fincfn 7955  0cc0 9936  ℕ₀cn0 11292  ℤcz 11377  #chash 13117   ∥ cdvds 14983  Basecbs 15857  Grpcgrp 17422  ._gcmg 17540  odcod 17944  gExcgex 17945  CycGrpccyg 18279

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-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-z 11378  df-uz 11688  df-rp 11833  df-fz 12327  df-fzo 12466  df-fl 12593  df-mod 12669  df-seq 12802  df-exp 12861  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-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-grp 17425  df-minusg 17426  df-sbg 17427  df-mulg 17541  df-subg 17591  df-eqg 17593  df-od 17948  df-gex 17949  df-cyg 18280

This theorem is referenced by:  cyggex  18299