Metamath Proof Explorer


Theorem gexval

Description: Value of the exponent of a group. (Contributed by Mario Carneiro, 23-Apr-2016) (Revised by AV, 26-Sep-2020)

Ref Expression
Hypotheses gexval.1 โŠข ๐‘‹ = ( Base โ€˜ ๐บ )
gexval.2 โŠข ยท = ( .g โ€˜ ๐บ )
gexval.3 โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐บ )
gexval.4 โŠข ๐ธ = ( gEx โ€˜ ๐บ )
gexval.i โŠข ๐ผ = { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ฅ ) = 0 }
Assertion gexval ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ๐ธ = if ( ๐ผ = โˆ… , 0 , inf ( ๐ผ , โ„ , < ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 gexval.1 โŠข ๐‘‹ = ( Base โ€˜ ๐บ )
2 gexval.2 โŠข ยท = ( .g โ€˜ ๐บ )
3 gexval.3 โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐บ )
4 gexval.4 โŠข ๐ธ = ( gEx โ€˜ ๐บ )
5 gexval.i โŠข ๐ผ = { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ฅ ) = 0 }
6 df-gex โŠข gEx = ( ๐‘” โˆˆ V โ†ฆ โฆ‹ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘” ) ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ๐‘” ) ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘” ) } / ๐‘– โฆŒ if ( ๐‘– = โˆ… , 0 , inf ( ๐‘– , โ„ , < ) ) )
7 nnex โŠข โ„• โˆˆ V
8 7 rabex โŠข { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘” ) ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ๐‘” ) ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘” ) } โˆˆ V
9 8 a1i โŠข ( ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘” = ๐บ ) โ†’ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘” ) ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ๐‘” ) ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘” ) } โˆˆ V )
10 simpr โŠข ( ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘” = ๐บ ) โ†’ ๐‘” = ๐บ )
11 10 fveq2d โŠข ( ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘” = ๐บ ) โ†’ ( Base โ€˜ ๐‘” ) = ( Base โ€˜ ๐บ ) )
12 11 1 eqtr4di โŠข ( ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘” = ๐บ ) โ†’ ( Base โ€˜ ๐‘” ) = ๐‘‹ )
13 10 fveq2d โŠข ( ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘” = ๐บ ) โ†’ ( .g โ€˜ ๐‘” ) = ( .g โ€˜ ๐บ ) )
14 13 2 eqtr4di โŠข ( ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘” = ๐บ ) โ†’ ( .g โ€˜ ๐‘” ) = ยท )
15 14 oveqd โŠข ( ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘” = ๐บ ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ๐‘” ) ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ฅ ) )
16 10 fveq2d โŠข ( ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘” = ๐บ ) โ†’ ( 0g โ€˜ ๐‘” ) = ( 0g โ€˜ ๐บ ) )
17 16 3 eqtr4di โŠข ( ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘” = ๐บ ) โ†’ ( 0g โ€˜ ๐‘” ) = 0 )
18 15 17 eqeq12d โŠข ( ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘” = ๐บ ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ๐‘” ) ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘” ) โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ฅ ) = 0 ) )
19 12 18 raleqbidv โŠข ( ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘” = ๐บ ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘” ) ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ๐‘” ) ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘” ) โ†” โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ฅ ) = 0 ) )
20 19 rabbidv โŠข ( ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘” = ๐บ ) โ†’ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘” ) ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ๐‘” ) ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘” ) } = { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ฅ ) = 0 } )
21 20 5 eqtr4di โŠข ( ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘” = ๐บ ) โ†’ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘” ) ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ๐‘” ) ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘” ) } = ๐ผ )
22 21 eqeq2d โŠข ( ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘” = ๐บ ) โ†’ ( ๐‘– = { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘” ) ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ๐‘” ) ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘” ) } โ†” ๐‘– = ๐ผ ) )
23 22 biimpa โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘” = ๐บ ) โˆง ๐‘– = { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘” ) ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ๐‘” ) ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘” ) } ) โ†’ ๐‘– = ๐ผ )
24 23 eqeq1d โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘” = ๐บ ) โˆง ๐‘– = { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘” ) ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ๐‘” ) ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘” ) } ) โ†’ ( ๐‘– = โˆ… โ†” ๐ผ = โˆ… ) )
25 23 infeq1d โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘” = ๐บ ) โˆง ๐‘– = { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘” ) ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ๐‘” ) ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘” ) } ) โ†’ inf ( ๐‘– , โ„ , < ) = inf ( ๐ผ , โ„ , < ) )
26 24 25 ifbieq2d โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘” = ๐บ ) โˆง ๐‘– = { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘” ) ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ๐‘” ) ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘” ) } ) โ†’ if ( ๐‘– = โˆ… , 0 , inf ( ๐‘– , โ„ , < ) ) = if ( ๐ผ = โˆ… , 0 , inf ( ๐ผ , โ„ , < ) ) )
27 9 26 csbied โŠข ( ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘” = ๐บ ) โ†’ โฆ‹ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘” ) ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ๐‘” ) ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘” ) } / ๐‘– โฆŒ if ( ๐‘– = โˆ… , 0 , inf ( ๐‘– , โ„ , < ) ) = if ( ๐ผ = โˆ… , 0 , inf ( ๐ผ , โ„ , < ) ) )
28 elex โŠข ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ๐บ โˆˆ V )
29 c0ex โŠข 0 โˆˆ V
30 ltso โŠข < Or โ„
31 30 infex โŠข inf ( ๐ผ , โ„ , < ) โˆˆ V
32 29 31 ifex โŠข if ( ๐ผ = โˆ… , 0 , inf ( ๐ผ , โ„ , < ) ) โˆˆ V
33 32 a1i โŠข ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โ†’ if ( ๐ผ = โˆ… , 0 , inf ( ๐ผ , โ„ , < ) ) โˆˆ V )
34 6 27 28 33 fvmptd2 โŠข ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ( gEx โ€˜ ๐บ ) = if ( ๐ผ = โˆ… , 0 , inf ( ๐ผ , โ„ , < ) ) )
35 4 34 eqtrid โŠข ( ๐บ โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ๐ธ = if ( ๐ผ = โˆ… , 0 , inf ( ๐ผ , โ„ , < ) ) )