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Theorem odlem2

Description: Any positive annihilator of a group element is an upper bound on the (positive) order of the element. (Contributed by Mario Carneiro, 14-Jan-2015) (Revised by Stefan O'Rear, 5-Sep-2015) (Proof shortened by AV, 5-Oct-2020)

Ref Expression
Hypotheses odcl.1 ⊢ X = Base G
odcl.2 ⊢ O = od ⁡ G
odid.3 ⊢ · ˙ = ⋅ G
odid.4 ⊢ 0 ˙ = 0 G
Assertion odlem2 ⊢ A ∈ X ∧ N ∈ ℕ ∧ N · ˙ A = 0 ˙ → O ⁡ A ∈ 1 … N

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 odcl.1 ⊢ X = Base G
2 odcl.2 ⊢ O = od ⁡ G
3 odid.3 ⊢ · ˙ = ⋅ G
4 odid.4 ⊢ 0 ˙ = 0 G
5 oveq1 ⊢ y = N → y · ˙ A = N · ˙ A
6 5 eqeq1d ⊢ y = N → y · ˙ A = 0 ˙ ↔ N · ˙ A = 0 ˙
7 6 elrab ⊢ N ∈ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ↔ N ∈ ℕ ∧ N · ˙ A = 0 ˙
8 eqid ⊢ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ = y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙
9 1 3 4 2 8 odval ⊢ A ∈ X → O ⁡ A = if y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ = ∅ 0 inf y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ℝ <
10 n0i ⊢ N ∈ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ → ¬ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ = ∅
11 10 iffalsed ⊢ N ∈ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ → if y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ = ∅ 0 inf y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ℝ < = inf y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ℝ <
12 9 11 sylan9eq ⊢ A ∈ X ∧ N ∈ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ → O ⁡ A = inf y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ℝ <
13 ssrab2 ⊢ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ⊆ ℕ
14 nnuz ⊢ ℕ = ℤ ≥ 1
15 13 14 sseqtri ⊢ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ⊆ ℤ ≥ 1
16 ne0i ⊢ N ∈ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ → y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ≠ ∅
17 16 adantl ⊢ A ∈ X ∧ N ∈ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ → y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ≠ ∅
18 infssuzcl ⊢ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ⊆ ℤ ≥ 1 ∧ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ≠ ∅ → inf y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ℝ < ∈ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙
19 15 17 18 sylancr ⊢ A ∈ X ∧ N ∈ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ → inf y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ℝ < ∈ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙
20 13 19 sselid ⊢ A ∈ X ∧ N ∈ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ → inf y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ℝ < ∈ ℕ
21 infssuzle ⊢ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ⊆ ℤ ≥ 1 ∧ N ∈ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ → inf y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ℝ < ≤ N
22 15 21 mpan ⊢ N ∈ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ → inf y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ℝ < ≤ N
23 22 adantl ⊢ A ∈ X ∧ N ∈ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ → inf y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ℝ < ≤ N
24 elrabi ⊢ N ∈ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ → N ∈ ℕ
25 24 nnzd ⊢ N ∈ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ → N ∈ ℤ
26 fznn ⊢ N ∈ ℤ → inf y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ℝ < ∈ 1 … N ↔ inf y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ℝ < ∈ ℕ ∧ inf y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ℝ < ≤ N
27 25 26 syl ⊢ N ∈ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ → inf y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ℝ < ∈ 1 … N ↔ inf y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ℝ < ∈ ℕ ∧ inf y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ℝ < ≤ N
28 27 adantl ⊢ A ∈ X ∧ N ∈ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ → inf y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ℝ < ∈ 1 … N ↔ inf y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ℝ < ∈ ℕ ∧ inf y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ℝ < ≤ N
29 20 23 28 mpbir2and ⊢ A ∈ X ∧ N ∈ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ → inf y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ ℝ < ∈ 1 … N
30 12 29 eqeltrd ⊢ A ∈ X ∧ N ∈ y ∈ ℕ | y · ˙ A = 0 ˙ → O ⁡ A ∈ 1 … N
31 7 30 sylan2br ⊢ A ∈ X ∧ N ∈ ℕ ∧ N · ˙ A = 0 ˙ → O ⁡ A ∈ 1 … N
32 31 3impb ⊢ A ∈ X ∧ N ∈ ℕ ∧ N · ˙ A = 0 ˙ → O ⁡ A ∈ 1 … N