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Theorem oddvdssubg

Description: The set of all elements whose order divides a fixed integer is a subgroup of any abelian group. (Contributed by Mario Carneiro, 19-Apr-2016)

Ref Expression
Hypotheses torsubg.1 O = od G
oddvdssubg.1 B = Base G
Assertion oddvdssubg G Abel N x B | O x N SubGrp G

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 torsubg.1 O = od G
2 oddvdssubg.1 B = Base G
3 ssrab2 x B | O x N B
4 3 a1i G Abel N x B | O x N B
5 fveq2 x = 0 G O x = O 0 G
6 5 breq1d x = 0 G O x N O 0 G N
7 ablgrp G Abel G Grp
8 7 adantr G Abel N G Grp
9 eqid 0 G = 0 G
10 2 9 grpidcl G Grp 0 G B
11 8 10 syl G Abel N 0 G B
12 1 9 od1 G Grp O 0 G = 1
13 8 12 syl G Abel N O 0 G = 1
14 1dvds N 1 N
15 14 adantl G Abel N 1 N
16 13 15 eqbrtrd G Abel N O 0 G N
17 6 11 16 elrabd G Abel N 0 G x B | O x N
18 17 ne0d G Abel N x B | O x N
19 fveq2 x = y O x = O y
20 19 breq1d x = y O x N O y N
21 20 elrab y x B | O x N y B O y N
22 fveq2 x = z O x = O z
23 22 breq1d x = z O x N O z N
24 23 elrab z x B | O x N z B O z N
25 fveq2 x = y + G z O x = O y + G z
26 25 breq1d x = y + G z O x N O y + G z N
27 8 adantr G Abel N y B O y N G Grp
28 27 adantr G Abel N y B O y N z B O z N G Grp
29 simprl G Abel N y B O y N y B
30 29 adantr G Abel N y B O y N z B O z N y B
31 simprl G Abel N y B O y N z B O z N z B
32 eqid + G = + G
33 2 32 grpcl G Grp y B z B y + G z B
34 28 30 31 33 syl3anc G Abel N y B O y N z B O z N y + G z B
35 simplll G Abel N y B O y N z B O z N G Abel
36 simpllr G Abel N y B O y N z B O z N N
37 eqid G = G
38 2 37 32 mulgdi G Abel N y B z B N G y + G z = N G y + G N G z
39 35 36 30 31 38 syl13anc G Abel N y B O y N z B O z N N G y + G z = N G y + G N G z
40 simprr G Abel N y B O y N O y N
41 40 adantr G Abel N y B O y N z B O z N O y N
42 2 1 37 9 oddvds G Grp y B N O y N N G y = 0 G
43 28 30 36 42 syl3anc G Abel N y B O y N z B O z N O y N N G y = 0 G
44 41 43 mpbid G Abel N y B O y N z B O z N N G y = 0 G
45 simprr G Abel N y B O y N z B O z N O z N
46 2 1 37 9 oddvds G Grp z B N O z N N G z = 0 G
47 28 31 36 46 syl3anc G Abel N y B O y N z B O z N O z N N G z = 0 G
48 45 47 mpbid G Abel N y B O y N z B O z N N G z = 0 G
49 44 48 oveq12d G Abel N y B O y N z B O z N N G y + G N G z = 0 G + G 0 G
50 28 10 syl G Abel N y B O y N z B O z N 0 G B
51 2 32 9 grplid G Grp 0 G B 0 G + G 0 G = 0 G
52 28 50 51 syl2anc G Abel N y B O y N z B O z N 0 G + G 0 G = 0 G
53 39 49 52 3eqtrd G Abel N y B O y N z B O z N N G y + G z = 0 G
54 2 1 37 9 oddvds G Grp y + G z B N O y + G z N N G y + G z = 0 G
55 28 34 36 54 syl3anc G Abel N y B O y N z B O z N O y + G z N N G y + G z = 0 G
56 53 55 mpbird G Abel N y B O y N z B O z N O y + G z N
57 26 34 56 elrabd G Abel N y B O y N z B O z N y + G z x B | O x N
58 24 57 sylan2b G Abel N y B O y N z x B | O x N y + G z x B | O x N
59 58 ralrimiva G Abel N y B O y N z x B | O x N y + G z x B | O x N
60 fveq2 x = inv g G y O x = O inv g G y
61 60 breq1d x = inv g G y O x N O inv g G y N
62 eqid inv g G = inv g G
63 2 62 grpinvcl G Grp y B inv g G y B
64 27 29 63 syl2anc G Abel N y B O y N inv g G y B
65 1 62 2 odinv G Grp y B O inv g G y = O y
66 27 29 65 syl2anc G Abel N y B O y N O inv g G y = O y
67 66 40 eqbrtrd G Abel N y B O y N O inv g G y N
68 61 64 67 elrabd G Abel N y B O y N inv g G y x B | O x N
69 59 68 jca G Abel N y B O y N z x B | O x N y + G z x B | O x N inv g G y x B | O x N
70 21 69 sylan2b G Abel N y x B | O x N z x B | O x N y + G z x B | O x N inv g G y x B | O x N
71 70 ralrimiva G Abel N y x B | O x N z x B | O x N y + G z x B | O x N inv g G y x B | O x N
72 2 32 62 issubg2 G Grp x B | O x N SubGrp G x B | O x N B x B | O x N y x B | O x N z x B | O x N y + G z x B | O x N inv g G y x B | O x N
73 8 72 syl G Abel N x B | O x N SubGrp G x B | O x N B x B | O x N y x B | O x N z x B | O x N y + G z x B | O x N inv g G y x B | O x N
74 4 18 71 73 mpbir3and G Abel N x B | O x N SubGrp G