Metamath Proof Explorer


Theorem dchrptlem3

Description: Lemma for dchrpt . (Contributed by Mario Carneiro, 28-Apr-2016)

Ref Expression
Hypotheses dchrpt.g โŠข ๐บ = ( DChr โ€˜ ๐‘ )
dchrpt.z โŠข ๐‘ = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘ )
dchrpt.d โŠข ๐ท = ( Base โ€˜ ๐บ )
dchrpt.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘ )
dchrpt.1 โŠข 1 = ( 1r โ€˜ ๐‘ )
dchrpt.n โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
dchrpt.n1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โ‰  1 )
dchrpt.u โŠข ๐‘ˆ = ( Unit โ€˜ ๐‘ )
dchrpt.h โŠข ๐ป = ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ ) โ†พs ๐‘ˆ )
dchrpt.m โŠข ยท = ( .g โ€˜ ๐ป )
dchrpt.s โŠข ๐‘† = ( ๐‘˜ โˆˆ dom ๐‘Š โ†ฆ ran ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐‘› ยท ( ๐‘Š โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) )
dchrpt.au โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ ๐‘ˆ )
dchrpt.w โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Š โˆˆ Word ๐‘ˆ )
dchrpt.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ป dom DProd ๐‘† )
dchrpt.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ป DProd ๐‘† ) = ๐‘ˆ )
Assertion dchrptlem3 ( ๐œ‘ โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ท ( ๐‘ฅ โ€˜ ๐ด ) โ‰  1 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 dchrpt.g โŠข ๐บ = ( DChr โ€˜ ๐‘ )
2 dchrpt.z โŠข ๐‘ = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘ )
3 dchrpt.d โŠข ๐ท = ( Base โ€˜ ๐บ )
4 dchrpt.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘ )
5 dchrpt.1 โŠข 1 = ( 1r โ€˜ ๐‘ )
6 dchrpt.n โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
7 dchrpt.n1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โ‰  1 )
8 dchrpt.u โŠข ๐‘ˆ = ( Unit โ€˜ ๐‘ )
9 dchrpt.h โŠข ๐ป = ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ ) โ†พs ๐‘ˆ )
10 dchrpt.m โŠข ยท = ( .g โ€˜ ๐ป )
11 dchrpt.s โŠข ๐‘† = ( ๐‘˜ โˆˆ dom ๐‘Š โ†ฆ ran ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐‘› ยท ( ๐‘Š โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) )
12 dchrpt.au โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ ๐‘ˆ )
13 dchrpt.w โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Š โˆˆ Word ๐‘ˆ )
14 dchrpt.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ป dom DProd ๐‘† )
15 dchrpt.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ป DProd ๐‘† ) = ๐‘ˆ )
16 6 nnnn0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„•0 )
17 2 zncrng โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„•0 โ†’ ๐‘ โˆˆ CRing )
18 16 17 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ CRing )
19 crngring โŠข ( ๐‘ โˆˆ CRing โ†’ ๐‘ โˆˆ Ring )
20 18 19 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ Ring )
21 8 9 unitgrp โŠข ( ๐‘ โˆˆ Ring โ†’ ๐ป โˆˆ Grp )
22 20 21 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ป โˆˆ Grp )
23 22 grpmndd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ป โˆˆ Mnd )
24 13 dmexd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ dom ๐‘Š โˆˆ V )
25 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐ป ) = ( 0g โ€˜ ๐ป )
26 25 gsumz โŠข ( ( ๐ป โˆˆ Mnd โˆง dom ๐‘Š โˆˆ V ) โ†’ ( ๐ป ฮฃg ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โ†ฆ ( 0g โ€˜ ๐ป ) ) ) = ( 0g โ€˜ ๐ป ) )
27 23 24 26 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ป ฮฃg ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โ†ฆ ( 0g โ€˜ ๐ป ) ) ) = ( 0g โ€˜ ๐ป ) )
28 8 9 5 unitgrpid โŠข ( ๐‘ โˆˆ Ring โ†’ 1 = ( 0g โ€˜ ๐ป ) )
29 20 28 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 1 = ( 0g โ€˜ ๐ป ) )
30 29 mpteq2dv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โ†ฆ 1 ) = ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โ†ฆ ( 0g โ€˜ ๐ป ) ) )
31 30 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ป ฮฃg ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โ†ฆ 1 ) ) = ( ๐ป ฮฃg ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โ†ฆ ( 0g โ€˜ ๐ป ) ) ) )
32 27 31 29 3eqtr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ป ฮฃg ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โ†ฆ 1 ) ) = 1 )
33 7 32 neeqtrrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โ‰  ( ๐ป ฮฃg ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โ†ฆ 1 ) ) )
34 zex โŠข โ„ค โˆˆ V
35 34 mptex โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐‘› ยท ( ๐‘Š โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) โˆˆ V
36 35 rnex โŠข ran ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐‘› ยท ( ๐‘Š โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) โˆˆ V
37 36 11 dmmpti โŠข dom ๐‘† = dom ๐‘Š
38 37 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ dom ๐‘† = dom ๐‘Š )
39 eqid โŠข ( ๐ป dProj ๐‘† ) = ( ๐ป dProj ๐‘† )
40 12 15 eleqtrrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ ( ๐ป DProd ๐‘† ) )
41 eqid โŠข { โ„Ž โˆˆ X ๐‘– โˆˆ dom ๐‘Š ( ๐‘† โ€˜ ๐‘– ) โˆฃ โ„Ž finSupp ( 0g โ€˜ ๐ป ) } = { โ„Ž โˆˆ X ๐‘– โˆˆ dom ๐‘Š ( ๐‘† โ€˜ ๐‘– ) โˆฃ โ„Ž finSupp ( 0g โ€˜ ๐ป ) }
42 29 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š ) โ†’ 1 = ( 0g โ€˜ ๐ป ) )
43 14 38 dprdf2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘† : dom ๐‘Š โŸถ ( SubGrp โ€˜ ๐ป ) )
44 43 ffvelcdmda โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š ) โ†’ ( ๐‘† โ€˜ ๐‘Ž ) โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐ป ) )
45 25 subg0cl โŠข ( ( ๐‘† โ€˜ ๐‘Ž ) โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐ป ) โ†’ ( 0g โ€˜ ๐ป ) โˆˆ ( ๐‘† โ€˜ ๐‘Ž ) )
46 44 45 syl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š ) โ†’ ( 0g โ€˜ ๐ป ) โˆˆ ( ๐‘† โ€˜ ๐‘Ž ) )
47 42 46 eqeltrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š ) โ†’ 1 โˆˆ ( ๐‘† โ€˜ ๐‘Ž ) )
48 5 fvexi โŠข 1 โˆˆ V
49 48 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 1 โˆˆ V )
50 24 49 fczfsuppd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( dom ๐‘Š ร— { 1 } ) finSupp 1 )
51 fconstmpt โŠข ( dom ๐‘Š ร— { 1 } ) = ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โ†ฆ 1 )
52 51 eqcomi โŠข ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โ†ฆ 1 ) = ( dom ๐‘Š ร— { 1 } )
53 52 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โ†ฆ 1 ) = ( dom ๐‘Š ร— { 1 } ) )
54 29 eqcomd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0g โ€˜ ๐ป ) = 1 )
55 50 53 54 3brtr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โ†ฆ 1 ) finSupp ( 0g โ€˜ ๐ป ) )
56 41 14 38 47 55 dprdwd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โ†ฆ 1 ) โˆˆ { โ„Ž โˆˆ X ๐‘– โˆˆ dom ๐‘Š ( ๐‘† โ€˜ ๐‘– ) โˆฃ โ„Ž finSupp ( 0g โ€˜ ๐ป ) } )
57 14 38 39 40 25 41 56 dpjeq โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด = ( ๐ป ฮฃg ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โ†ฆ 1 ) ) โ†” โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) = 1 ) )
58 57 necon3abid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด โ‰  ( ๐ป ฮฃg ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โ†ฆ 1 ) ) โ†” ยฌ โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) = 1 ) )
59 33 58 mpbid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยฌ โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) = 1 )
60 rexnal โŠข ( โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š ยฌ ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) = 1 โ†” ยฌ โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) = 1 )
61 59 60 sylibr โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š ยฌ ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) = 1 )
62 df-ne โŠข ( ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) โ‰  1 โ†” ยฌ ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) = 1 )
63 6 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โˆง ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) โ‰  1 ) ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
64 7 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โˆง ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) โ‰  1 ) ) โ†’ ๐ด โ‰  1 )
65 12 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โˆง ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) โ‰  1 ) ) โ†’ ๐ด โˆˆ ๐‘ˆ )
66 13 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โˆง ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) โ‰  1 ) ) โ†’ ๐‘Š โˆˆ Word ๐‘ˆ )
67 14 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โˆง ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) โ‰  1 ) ) โ†’ ๐ป dom DProd ๐‘† )
68 15 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โˆง ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) โ‰  1 ) ) โ†’ ( ๐ป DProd ๐‘† ) = ๐‘ˆ )
69 eqid โŠข ( od โ€˜ ๐ป ) = ( od โ€˜ ๐ป )
70 eqid โŠข ( - 1 โ†‘๐‘ ( 2 / ( ( od โ€˜ ๐ป ) โ€˜ ( ๐‘Š โ€˜ ๐‘Ž ) ) ) ) = ( - 1 โ†‘๐‘ ( 2 / ( ( od โ€˜ ๐ป ) โ€˜ ( ๐‘Š โ€˜ ๐‘Ž ) ) ) )
71 simprl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โˆง ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) โ‰  1 ) ) โ†’ ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š )
72 simprr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โˆง ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) โ‰  1 ) ) โ†’ ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) โ‰  1 )
73 eqid โŠข ( ๐‘ข โˆˆ ๐‘ˆ โ†ฆ ( โ„ฉ โ„Ž โˆƒ ๐‘š โˆˆ โ„ค ( ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐‘ข ) = ( ๐‘š ยท ( ๐‘Š โ€˜ ๐‘Ž ) ) โˆง โ„Ž = ( ( - 1 โ†‘๐‘ ( 2 / ( ( od โ€˜ ๐ป ) โ€˜ ( ๐‘Š โ€˜ ๐‘Ž ) ) ) ) โ†‘ ๐‘š ) ) ) ) = ( ๐‘ข โˆˆ ๐‘ˆ โ†ฆ ( โ„ฉ โ„Ž โˆƒ ๐‘š โˆˆ โ„ค ( ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐‘ข ) = ( ๐‘š ยท ( ๐‘Š โ€˜ ๐‘Ž ) ) โˆง โ„Ž = ( ( - 1 โ†‘๐‘ ( 2 / ( ( od โ€˜ ๐ป ) โ€˜ ( ๐‘Š โ€˜ ๐‘Ž ) ) ) ) โ†‘ ๐‘š ) ) ) )
74 1 2 3 4 5 63 64 8 9 10 11 65 66 67 68 39 69 70 71 72 73 dchrptlem2 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š โˆง ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) โ‰  1 ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ท ( ๐‘ฅ โ€˜ ๐ด ) โ‰  1 )
75 74 expr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š ) โ†’ ( ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) โ‰  1 โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ท ( ๐‘ฅ โ€˜ ๐ด ) โ‰  1 ) )
76 62 75 biimtrrid โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š ) โ†’ ( ยฌ ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) = 1 โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ท ( ๐‘ฅ โ€˜ ๐ด ) โ‰  1 ) )
77 76 rexlimdva โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ dom ๐‘Š ยฌ ( ( ( ๐ป dProj ๐‘† ) โ€˜ ๐‘Ž ) โ€˜ ๐ด ) = 1 โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ท ( ๐‘ฅ โ€˜ ๐ด ) โ‰  1 ) )
78 61 77 mpd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ท ( ๐‘ฅ โ€˜ ๐ด ) โ‰  1 )