Metamath Proof Explorer


Theorem ablfac1a

Description: The factors of ablfac1b are of prime power order. (Contributed by Mario Carneiro, 26-Apr-2016)

Ref Expression
Hypotheses ablfac1.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐บ )
ablfac1.o โŠข ๐‘‚ = ( od โ€˜ ๐บ )
ablfac1.s โŠข ๐‘† = ( ๐‘ โˆˆ ๐ด โ†ฆ { ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆฃ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆฅ ( ๐‘ โ†‘ ( ๐‘ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) } )
ablfac1.g โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ Abel )
ablfac1.f โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โˆˆ Fin )
ablfac1.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โŠ† โ„™ )
Assertion ablfac1a ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐‘† โ€˜ ๐‘ƒ ) ) = ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ablfac1.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐บ )
2 ablfac1.o โŠข ๐‘‚ = ( od โ€˜ ๐บ )
3 ablfac1.s โŠข ๐‘† = ( ๐‘ โˆˆ ๐ด โ†ฆ { ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆฃ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆฅ ( ๐‘ โ†‘ ( ๐‘ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) } )
4 ablfac1.g โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ Abel )
5 ablfac1.f โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โˆˆ Fin )
6 ablfac1.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โŠ† โ„™ )
7 id โŠข ( ๐‘ = ๐‘ƒ โ†’ ๐‘ = ๐‘ƒ )
8 oveq1 โŠข ( ๐‘ = ๐‘ƒ โ†’ ( ๐‘ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) = ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) )
9 7 8 oveq12d โŠข ( ๐‘ = ๐‘ƒ โ†’ ( ๐‘ โ†‘ ( ๐‘ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) = ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) )
10 9 breq2d โŠข ( ๐‘ = ๐‘ƒ โ†’ ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆฅ ( ๐‘ โ†‘ ( ๐‘ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) โ†” ( ๐‘‚ โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆฅ ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) ) )
11 10 rabbidv โŠข ( ๐‘ = ๐‘ƒ โ†’ { ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆฃ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆฅ ( ๐‘ โ†‘ ( ๐‘ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) } = { ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆฃ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆฅ ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) } )
12 1 fvexi โŠข ๐ต โˆˆ V
13 12 rabex โŠข { ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆฃ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆฅ ( ๐‘ โ†‘ ( ๐‘ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) } โˆˆ V
14 11 3 13 fvmpt3i โŠข ( ๐‘ƒ โˆˆ ๐ด โ†’ ( ๐‘† โ€˜ ๐‘ƒ ) = { ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆฃ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆฅ ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) } )
15 14 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘† โ€˜ ๐‘ƒ ) = { ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆฃ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆฅ ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) } )
16 15 fveq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐‘† โ€˜ ๐‘ƒ ) ) = ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆฃ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆฅ ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) } ) )
17 eqid โŠข { ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆฃ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆฅ ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) } = { ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆฃ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆฅ ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) }
18 eqid โŠข { ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆฃ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆฅ ( ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) / ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) ) } = { ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆฃ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆฅ ( ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) / ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) ) }
19 4 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐บ โˆˆ Abel )
20 eqid โŠข ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) = ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) )
21 eqid โŠข ( ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) / ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) ) = ( ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) / ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) )
22 1 2 3 4 5 6 20 21 ablfac1lem โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ( ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) โˆˆ โ„• โˆง ( ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) / ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) ) โˆˆ โ„• ) โˆง ( ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) gcd ( ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) / ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) ) ) = 1 โˆง ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) = ( ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) ยท ( ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) / ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) ) ) ) )
23 22 simp1d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) โˆˆ โ„• โˆง ( ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) / ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) ) โˆˆ โ„• ) )
24 23 simpld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) โˆˆ โ„• )
25 23 simprd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) / ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) ) โˆˆ โ„• )
26 22 simp2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) gcd ( ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) / ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) ) ) = 1 )
27 22 simp3d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) = ( ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) ยท ( ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) / ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) ) ) )
28 1 2 17 18 19 24 25 26 27 ablfacrp2 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆฃ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆฅ ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) } ) = ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) โˆง ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆฃ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆฅ ( ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) / ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) ) } ) = ( ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) / ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) ) ) )
29 28 simpld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆฃ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆฅ ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) } ) = ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) )
30 16 29 eqtrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐‘† โ€˜ ๐‘ƒ ) ) = ( ๐‘ƒ โ†‘ ( ๐‘ƒ pCnt ( โ™ฏ โ€˜ ๐ต ) ) ) )