Metamath Proof Explorer


Theorem odf1

Description: The multiples of an element with infinite order form an infinite cyclic subgroup of G . (Contributed by Mario Carneiro, 14-Jan-2015) (Revised by Mario Carneiro, 23-Sep-2015)

Ref Expression
Hypotheses odf1.1 ⊢ X = Base G
odf1.2 ⊢ O = od ⁡ G
odf1.3 ⊢ · ˙ = ⋅ G
odf1.4 ⊢ F = x ∈ ℤ ⟼ x · ˙ A
Assertion odf1 ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X → O ⁡ A = 0 ↔ F : ℤ ⟶ 1-1 X

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 odf1.1 ⊢ X = Base G
2 odf1.2 ⊢ O = od ⁡ G
3 odf1.3 ⊢ · ˙ = ⋅ G
4 odf1.4 ⊢ F = x ∈ ℤ ⟼ x · ˙ A
5 1 3 mulgcl ⊢ G ∈ Grp ∧ x ∈ ℤ ∧ A ∈ X → x · ˙ A ∈ X
6 5 3expa ⊢ G ∈ Grp ∧ x ∈ ℤ ∧ A ∈ X → x · ˙ A ∈ X
7 6 an32s ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ ℤ → x · ˙ A ∈ X
8 7 4 fmptd ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X → F : ℤ ⟶ X
9 8 adantr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 → F : ℤ ⟶ X
10 oveq1 ⊢ x = y → x · ˙ A = y · ˙ A
11 ovex ⊢ x · ˙ A ∈ V
12 10 4 11 fvmpt3i ⊢ y ∈ ℤ → F ⁡ y = y · ˙ A
13 oveq1 ⊢ x = z → x · ˙ A = z · ˙ A
14 13 4 11 fvmpt3i ⊢ z ∈ ℤ → F ⁡ z = z · ˙ A
15 12 14 eqeqan12d ⊢ y ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ → F ⁡ y = F ⁡ z ↔ y · ˙ A = z · ˙ A
16 15 adantl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ y ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ → F ⁡ y = F ⁡ z ↔ y · ˙ A = z · ˙ A
17 simplr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ y ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ → O ⁡ A = 0
18 17 breq1d ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ y ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ → O ⁡ A ∥ y − z ↔ 0 ∥ y − z
19 eqid ⊢ 0 G = 0 G
20 1 2 3 19 odcong ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ → O ⁡ A ∥ y − z ↔ y · ˙ A = z · ˙ A
21 20 ad4ant124 ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ y ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ → O ⁡ A ∥ y − z ↔ y · ˙ A = z · ˙ A
22 zsubcl ⊢ y ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ → y − z ∈ ℤ
23 22 adantl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ y ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ → y − z ∈ ℤ
24 0dvds ⊢ y − z ∈ ℤ → 0 ∥ y − z ↔ y − z = 0
25 23 24 syl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ y ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ → 0 ∥ y − z ↔ y − z = 0
26 18 21 25 3bitr3d ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ y ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ → y · ˙ A = z · ˙ A ↔ y − z = 0
27 zcn ⊢ y ∈ ℤ → y ∈ ℂ
28 zcn ⊢ z ∈ ℤ → z ∈ ℂ
29 subeq0 ⊢ y ∈ ℂ ∧ z ∈ ℂ → y − z = 0 ↔ y = z
30 27 28 29 syl2an ⊢ y ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ → y − z = 0 ↔ y = z
31 30 adantl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ y ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ → y − z = 0 ↔ y = z
32 16 26 31 3bitrd ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ y ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ → F ⁡ y = F ⁡ z ↔ y = z
33 32 biimpd ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ y ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ → F ⁡ y = F ⁡ z → y = z
34 33 ralrimivva ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 → ∀ y ∈ ℤ ∀ z ∈ ℤ F ⁡ y = F ⁡ z → y = z
35 dff13 ⊢ F : ℤ ⟶ 1-1 X ↔ F : ℤ ⟶ X ∧ ∀ y ∈ ℤ ∀ z ∈ ℤ F ⁡ y = F ⁡ z → y = z
36 9 34 35 sylanbrc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 → F : ℤ ⟶ 1-1 X
37 1 2 3 19 odid ⊢ A ∈ X → O ⁡ A · ˙ A = 0 G
38 1 19 3 mulg0 ⊢ A ∈ X → 0 · ˙ A = 0 G
39 37 38 eqtr4d ⊢ A ∈ X → O ⁡ A · ˙ A = 0 · ˙ A
40 39 ad2antlr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ F : ℤ ⟶ 1-1 X → O ⁡ A · ˙ A = 0 · ˙ A
41 1 2 odcl ⊢ A ∈ X → O ⁡ A ∈ ℕ 0
42 41 ad2antlr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ F : ℤ ⟶ 1-1 X → O ⁡ A ∈ ℕ 0
43 42 nn0zd ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ F : ℤ ⟶ 1-1 X → O ⁡ A ∈ ℤ
44 oveq1 ⊢ x = O ⁡ A → x · ˙ A = O ⁡ A · ˙ A
45 44 4 11 fvmpt3i ⊢ O ⁡ A ∈ ℤ → F ⁡ O ⁡ A = O ⁡ A · ˙ A
46 43 45 syl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ F : ℤ ⟶ 1-1 X → F ⁡ O ⁡ A = O ⁡ A · ˙ A
47 0zd ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ F : ℤ ⟶ 1-1 X → 0 ∈ ℤ
48 oveq1 ⊢ x = 0 → x · ˙ A = 0 · ˙ A
49 48 4 11 fvmpt3i ⊢ 0 ∈ ℤ → F ⁡ 0 = 0 · ˙ A
50 47 49 syl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ F : ℤ ⟶ 1-1 X → F ⁡ 0 = 0 · ˙ A
51 40 46 50 3eqtr4d ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ F : ℤ ⟶ 1-1 X → F ⁡ O ⁡ A = F ⁡ 0
52 simpr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ F : ℤ ⟶ 1-1 X → F : ℤ ⟶ 1-1 X
53 f1fveq ⊢ F : ℤ ⟶ 1-1 X ∧ O ⁡ A ∈ ℤ ∧ 0 ∈ ℤ → F ⁡ O ⁡ A = F ⁡ 0 ↔ O ⁡ A = 0
54 52 43 47 53 syl12anc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ F : ℤ ⟶ 1-1 X → F ⁡ O ⁡ A = F ⁡ 0 ↔ O ⁡ A = 0
55 51 54 mpbid ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ F : ℤ ⟶ 1-1 X → O ⁡ A = 0
56 36 55 impbida ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X → O ⁡ A = 0 ↔ F : ℤ ⟶ 1-1 X