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Theorem archiabllem1a

Description: Lemma for archiabl : In case an archimedean group W admits a smallest positive element U , then any positive element X of W can be written as ( n .x. U ) with n e. NN . Since the reciprocal holds for negative elements, W is then isomorphic to ZZ . (Contributed by Thierry Arnoux, 12-Apr-2018)

Ref Expression
Hypotheses archiabllem.b B = Base W
archiabllem.0 0 ˙ = 0 W
archiabllem.e ˙ = W
archiabllem.t < ˙ = < W
archiabllem.m · ˙ = W
archiabllem.g φ W oGrp
archiabllem.a φ W Archi
archiabllem1.u φ U B
archiabllem1.p φ 0 ˙ < ˙ U
archiabllem1.s φ x B 0 ˙ < ˙ x U ˙ x
archiabllem1a.x φ X B
archiabllem1a.c φ 0 ˙ < ˙ X
Assertion archiabllem1a φ n X = n · ˙ U

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 archiabllem.b B = Base W
2 archiabllem.0 0 ˙ = 0 W
3 archiabllem.e ˙ = W
4 archiabllem.t < ˙ = < W
5 archiabllem.m · ˙ = W
6 archiabllem.g φ W oGrp
7 archiabllem.a φ W Archi
8 archiabllem1.u φ U B
9 archiabllem1.p φ 0 ˙ < ˙ U
10 archiabllem1.s φ x B 0 ˙ < ˙ x U ˙ x
11 archiabllem1a.x φ X B
12 archiabllem1a.c φ 0 ˙ < ˙ X
13 simplr φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U m 0
14 nn0p1nn m 0 m + 1
15 13 14 syl φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U m + 1
16 8 ad2antrr φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U U B
17 1 5 mulg1 U B 1 · ˙ U = U
18 16 17 syl φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U 1 · ˙ U = U
19 18 oveq1d φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U 1 · ˙ U + W m · ˙ U = U + W m · ˙ U
20 6 ad2antrr φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U W oGrp
21 ogrpgrp W oGrp W Grp
22 20 21 syl φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U W Grp
23 1zzd φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U 1
24 13 nn0zd φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U m
25 eqid + W = + W
26 1 5 25 mulgdir W Grp 1 m U B 1 + m · ˙ U = 1 · ˙ U + W m · ˙ U
27 22 23 24 16 26 syl13anc φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U 1 + m · ˙ U = 1 · ˙ U + W m · ˙ U
28 isogrp W oGrp W Grp W oMnd
29 28 simprbi W oGrp W oMnd
30 omndtos W oMnd W Toset
31 tospos W Toset W Poset
32 29 30 31 3syl W oGrp W Poset
33 20 32 syl φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U W Poset
34 11 ad2antrr φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U X B
35 1 5 mulgcl W Grp m U B m · ˙ U B
36 22 24 16 35 syl3anc φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U m · ˙ U B
37 eqid - W = - W
38 1 37 grpsubcl W Grp X B m · ˙ U B X - W m · ˙ U B
39 22 34 36 38 syl3anc φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U X - W m · ˙ U B
40 24 peano2zd φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U m + 1
41 1 5 mulgcl W Grp m + 1 U B m + 1 · ˙ U B
42 22 40 16 41 syl3anc φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U m + 1 · ˙ U B
43 simprr φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U X ˙ m + 1 · ˙ U
44 1 3 37 ogrpsub W oGrp X B m + 1 · ˙ U B m · ˙ U B X ˙ m + 1 · ˙ U X - W m · ˙ U ˙ m + 1 · ˙ U - W m · ˙ U
45 20 34 42 36 43 44 syl131anc φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U X - W m · ˙ U ˙ m + 1 · ˙ U - W m · ˙ U
46 13 nn0cnd φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U m
47 1cnd φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U 1
48 46 47 pncan2d φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U m + 1 - m = 1
49 48 oveq1d φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U m + 1 - m · ˙ U = 1 · ˙ U
50 1 5 37 mulgsubdir W Grp m + 1 m U B m + 1 - m · ˙ U = m + 1 · ˙ U - W m · ˙ U
51 22 40 24 16 50 syl13anc φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U m + 1 - m · ˙ U = m + 1 · ˙ U - W m · ˙ U
52 49 51 18 3eqtr3d φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U m + 1 · ˙ U - W m · ˙ U = U
53 45 52 breqtrd φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U X - W m · ˙ U ˙ U
54 10 3expia φ x B 0 ˙ < ˙ x U ˙ x
55 54 ralrimiva φ x B 0 ˙ < ˙ x U ˙ x
56 55 ad2antrr φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U x B 0 ˙ < ˙ x U ˙ x
57 1 2 37 grpsubid W Grp m · ˙ U B m · ˙ U - W m · ˙ U = 0 ˙
58 22 36 57 syl2anc φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U m · ˙ U - W m · ˙ U = 0 ˙
59 simprl φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U m · ˙ U < ˙ X
60 1 4 37 ogrpsublt W oGrp m · ˙ U B X B m · ˙ U B m · ˙ U < ˙ X m · ˙ U - W m · ˙ U < ˙ X - W m · ˙ U
61 20 36 34 36 59 60 syl131anc φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U m · ˙ U - W m · ˙ U < ˙ X - W m · ˙ U
62 58 61 eqbrtrrd φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U 0 ˙ < ˙ X - W m · ˙ U
63 breq2 x = X - W m · ˙ U 0 ˙ < ˙ x 0 ˙ < ˙ X - W m · ˙ U
64 breq2 x = X - W m · ˙ U U ˙ x U ˙ X - W m · ˙ U
65 63 64 imbi12d x = X - W m · ˙ U 0 ˙ < ˙ x U ˙ x 0 ˙ < ˙ X - W m · ˙ U U ˙ X - W m · ˙ U
66 65 rspcv X - W m · ˙ U B x B 0 ˙ < ˙ x U ˙ x 0 ˙ < ˙ X - W m · ˙ U U ˙ X - W m · ˙ U
67 39 56 62 66 syl3c φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U U ˙ X - W m · ˙ U
68 1 3 posasymb W Poset X - W m · ˙ U B U B X - W m · ˙ U ˙ U U ˙ X - W m · ˙ U X - W m · ˙ U = U
69 68 biimpa W Poset X - W m · ˙ U B U B X - W m · ˙ U ˙ U U ˙ X - W m · ˙ U X - W m · ˙ U = U
70 33 39 16 53 67 69 syl32anc φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U X - W m · ˙ U = U
71 70 oveq1d φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U X - W m · ˙ U + W m · ˙ U = U + W m · ˙ U
72 19 27 71 3eqtr4rd φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U X - W m · ˙ U + W m · ˙ U = 1 + m · ˙ U
73 1 25 37 grpnpcan W Grp X B m · ˙ U B X - W m · ˙ U + W m · ˙ U = X
74 22 34 36 73 syl3anc φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U X - W m · ˙ U + W m · ˙ U = X
75 47 46 addcomd φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U 1 + m = m + 1
76 75 oveq1d φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U 1 + m · ˙ U = m + 1 · ˙ U
77 72 74 76 3eqtr3d φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U X = m + 1 · ˙ U
78 oveq1 n = m + 1 n · ˙ U = m + 1 · ˙ U
79 78 rspceeqv m + 1 X = m + 1 · ˙ U n X = n · ˙ U
80 15 77 79 syl2anc φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U n X = n · ˙ U
81 1 2 4 3 5 6 7 8 11 9 12 archirng φ m 0 m · ˙ U < ˙ X X ˙ m + 1 · ˙ U
82 80 81 r19.29a φ n X = n · ˙ U