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

Theorem cyggexb 18123
 Description: A finite abelian group is cyclic iff the exponent equals the order of the group. (Contributed by Mario Carneiro, 21-Apr-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
cygctb.1 𝐵 = (Base‘𝐺)
cyggex.o 𝐸 = (gEx‘𝐺)
Assertion
Ref Expression
cyggexb ((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (𝐺 ∈ CycGrp ↔ 𝐸 = (#‘𝐵)))

Proof of Theorem cyggexb
Dummy variables 𝑛 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 cygctb.1 . . . . 5 𝐵 = (Base‘𝐺)
2 cyggex.o . . . . 5 𝐸 = (gEx‘𝐺)
31, 2cyggex 18122 . . . 4 ((𝐺 ∈ CycGrp ∧ 𝐵 ∈ Fin) → 𝐸 = (#‘𝐵))
43expcom 450 . . 3 (𝐵 ∈ Fin → (𝐺 ∈ CycGrp → 𝐸 = (#‘𝐵)))
54adantl 481 . 2 ((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (𝐺 ∈ CycGrp → 𝐸 = (#‘𝐵)))
6 simpll 786 . . . . 5 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → 𝐺 ∈ Abel)
7 ablgrp 18021 . . . . . . 7 (𝐺 ∈ Abel → 𝐺 ∈ Grp)
87ad2antrr 758 . . . . . 6 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → 𝐺 ∈ Grp)
9 simplr 788 . . . . . 6 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → 𝐵 ∈ Fin)
101, 2gexcl2 17827 . . . . . 6 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐵 ∈ Fin) → 𝐸 ∈ ℕ)
118, 9, 10syl2anc 691 . . . . 5 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → 𝐸 ∈ ℕ)
12 eqid 2610 . . . . . 6 (od‘𝐺) = (od‘𝐺)
131, 2, 12gexex 18079 . . . . 5 ((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐸 ∈ ℕ) → ∃𝑥𝐵 ((od‘𝐺)‘𝑥) = 𝐸)
146, 11, 13syl2anc 691 . . . 4 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → ∃𝑥𝐵 ((od‘𝐺)‘𝑥) = 𝐸)
15 simplr 788 . . . . . . 7 ((((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) ∧ 𝑥𝐵) → 𝐸 = (#‘𝐵))
1615eqeq2d 2620 . . . . . 6 ((((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) ∧ 𝑥𝐵) → (((od‘𝐺)‘𝑥) = 𝐸 ↔ ((od‘𝐺)‘𝑥) = (#‘𝐵)))
17 eqid 2610 . . . . . . . . . 10 (.g𝐺) = (.g𝐺)
18 eqid 2610 . . . . . . . . . 10 {𝑦𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g𝐺)𝑦)) = 𝐵} = {𝑦𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g𝐺)𝑦)) = 𝐵}
191, 17, 18, 12cyggenod 18109 . . . . . . . . 9 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (𝑥 ∈ {𝑦𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g𝐺)𝑦)) = 𝐵} ↔ (𝑥𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑥) = (#‘𝐵))))
208, 9, 19syl2anc 691 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → (𝑥 ∈ {𝑦𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g𝐺)𝑦)) = 𝐵} ↔ (𝑥𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑥) = (#‘𝐵))))
21 ne0i 3880 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ {𝑦𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g𝐺)𝑦)) = 𝐵} → {𝑦𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g𝐺)𝑦)) = 𝐵} ≠ ∅)
221, 17, 18iscyg2 18107 . . . . . . . . . . 11 (𝐺 ∈ CycGrp ↔ (𝐺 ∈ Grp ∧ {𝑦𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g𝐺)𝑦)) = 𝐵} ≠ ∅))
2322baib 942 . . . . . . . . . 10 (𝐺 ∈ Grp → (𝐺 ∈ CycGrp ↔ {𝑦𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g𝐺)𝑦)) = 𝐵} ≠ ∅))
248, 23syl 17 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → (𝐺 ∈ CycGrp ↔ {𝑦𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g𝐺)𝑦)) = 𝐵} ≠ ∅))
2521, 24syl5ibr 235 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → (𝑥 ∈ {𝑦𝐵 ∣ ran (𝑛 ∈ ℤ ↦ (𝑛(.g𝐺)𝑦)) = 𝐵} → 𝐺 ∈ CycGrp))
2620, 25sylbird 249 . . . . . . 7 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → ((𝑥𝐵 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑥) = (#‘𝐵)) → 𝐺 ∈ CycGrp))
2726expdimp 452 . . . . . 6 ((((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) ∧ 𝑥𝐵) → (((od‘𝐺)‘𝑥) = (#‘𝐵) → 𝐺 ∈ CycGrp))
2816, 27sylbid 229 . . . . 5 ((((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) ∧ 𝑥𝐵) → (((od‘𝐺)‘𝑥) = 𝐸𝐺 ∈ CycGrp))
2928rexlimdva 3013 . . . 4 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → (∃𝑥𝐵 ((od‘𝐺)‘𝑥) = 𝐸𝐺 ∈ CycGrp))
3014, 29mpd 15 . . 3 (((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝐸 = (#‘𝐵)) → 𝐺 ∈ CycGrp)
3130ex 449 . 2 ((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (𝐸 = (#‘𝐵) → 𝐺 ∈ CycGrp))
325, 31impbid 201 1 ((𝐺 ∈ Abel ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (𝐺 ∈ CycGrp ↔ 𝐸 = (#‘𝐵)))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 195   ∧ wa 383   = wceq 1475   ∈ wcel 1977   ≠ wne 2780  ∃wrex 2897  {crab 2900  ∅c0 3874   ↦ cmpt 4643  ran crn 5039  ‘cfv 5804  (class class class)co 6549  Fincfn 7841  ℕcn 10897  ℤcz 11254  #chash 12979  Basecbs 15695  Grpcgrp 17245  .gcmg 17363  odcod 17767  gExcgex 17768  Abelcabl 18017  CycGrpccyg 18102 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1713  ax-4 1728  ax-5 1827  ax-6 1875  ax-7 1922  ax-8 1979  ax-9 1986  ax-10 2006  ax-11 2021  ax-12 2034  ax-13 2234  ax-ext 2590  ax-rep 4699  ax-sep 4709  ax-nul 4717  ax-pow 4769  ax-pr 4833  ax-un 6847  ax-inf2 8421  ax-cnex 9871  ax-resscn 9872  ax-1cn 9873  ax-icn 9874  ax-addcl 9875  ax-addrcl 9876  ax-mulcl 9877  ax-mulrcl 9878  ax-mulcom 9879  ax-addass 9880  ax-mulass 9881  ax-distr 9882  ax-i2m1 9883  ax-1ne0 9884  ax-1rid 9885  ax-rnegex 9886  ax-rrecex 9887  ax-cnre 9888  ax-pre-lttri 9889  ax-pre-lttrn 9890  ax-pre-ltadd 9891  ax-pre-mulgt0 9892  ax-pre-sup 9893 This theorem depends on definitions:  df-bi 196  df-or 384  df-an 385  df-3or 1032  df-3an 1033  df-tru 1478  df-fal 1481  df-ex 1696  df-nf 1701  df-sb 1868  df-eu 2462  df-mo 2463  df-clab 2597  df-cleq 2603  df-clel 2606  df-nfc 2740  df-ne 2782  df-nel 2783  df-ral 2901  df-rex 2902  df-reu 2903  df-rmo 2904  df-rab 2905  df-v 3175  df-sbc 3403  df-csb 3500  df-dif 3543  df-un 3545  df-in 3547  df-ss 3554  df-pss 3556  df-nul 3875  df-if 4037  df-pw 4110  df-sn 4126  df-pr 4128  df-tp 4130  df-op 4132  df-uni 4373  df-int 4411  df-iun 4457  df-disj 4554  df-br 4584  df-opab 4644  df-mpt 4645  df-tr 4681  df-eprel 4949  df-id 4953  df-po 4959  df-so 4960  df-fr 4997  df-se 4998  df-we 4999  df-xp 5044  df-rel 5045  df-cnv 5046  df-co 5047  df-dm 5048  df-rn 5049  df-res 5050  df-ima 5051  df-pred 5597  df-ord 5643  df-on 5644  df-lim 5645  df-suc 5646  df-iota 5768  df-fun 5806  df-fn 5807  df-f 5808  df-f1 5809  df-fo 5810  df-f1o 5811  df-fv 5812  df-isom 5813  df-riota 6511  df-ov 6552  df-oprab 6553  df-mpt2 6554  df-om 6958  df-1st 7059  df-2nd 7060  df-wrecs 7294  df-recs 7355  df-rdg 7393  df-1o 7447  df-2o 7448  df-oadd 7451  df-omul 7452  df-er 7629  df-ec 7631  df-qs 7635  df-map 7746  df-en 7842  df-dom 7843  df-sdom 7844  df-fin 7845  df-sup 8231  df-inf 8232  df-oi 8298  df-card 8648  df-acn 8651  df-pnf 9955  df-mnf 9956  df-xr 9957  df-ltxr 9958  df-le 9959  df-sub 10147  df-neg 10148  df-div 10564  df-nn 10898  df-2 10956  df-3 10957  df-n0 11170  df-z 11255  df-uz 11564  df-q 11665  df-rp 11709  df-fz 12198  df-fzo 12335  df-fl 12455  df-mod 12531  df-seq 12664  df-exp 12723  df-fac 12923  df-hash 12980  df-cj 13687  df-re 13688  df-im 13689  df-sqrt 13823  df-abs 13824  df-clim 14067  df-sum 14265  df-dvds 14822  df-gcd 15055  df-prm 15224  df-pc 15380  df-ndx 15698  df-slot 15699  df-base 15700  df-sets 15701  df-ress 15702  df-plusg 15781  df-0g 15925  df-mgm 17065  df-sgrp 17107  df-mnd 17118  df-grp 17248  df-minusg 17249  df-sbg 17250  df-mulg 17364  df-subg 17414  df-eqg 17416  df-od 17771  df-gex 17772  df-cmn 18018  df-abl 18019  df-cyg 18103 This theorem is referenced by: (None)
 Copyright terms: Public domain W3C validator