Metamath Proof Explorer


Theorem oddvds

Description: The only multiples of A that are equal to the identity are the multiples of the order of A . (Contributed by Mario Carneiro, 14-Jan-2015) (Revised by Mario Carneiro, 23-Sep-2015)

Ref Expression
Hypotheses odcl.1 โŠข ๐‘‹ = ( Base โ€˜ ๐บ )
odcl.2 โŠข ๐‘‚ = ( od โ€˜ ๐บ )
odid.3 โŠข ยท = ( .g โ€˜ ๐บ )
odid.4 โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐บ )
Assertion oddvds ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆฅ ๐‘ โ†” ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 odcl.1 โŠข ๐‘‹ = ( Base โ€˜ ๐บ )
2 odcl.2 โŠข ๐‘‚ = ( od โ€˜ ๐บ )
3 odid.3 โŠข ยท = ( .g โ€˜ ๐บ )
4 odid.4 โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐บ )
5 simpr โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• )
6 simpl3 โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„ค )
7 dvdsval3 โŠข ( ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆฅ ๐‘ โ†” ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) = 0 ) )
8 5 6 7 syl2anc โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆฅ ๐‘ โ†” ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) = 0 ) )
9 simpl2 โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ด โˆˆ ๐‘‹ )
10 1 4 3 mulg0 โŠข ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โ†’ ( 0 ยท ๐ด ) = 0 )
11 9 10 syl โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( 0 ยท ๐ด ) = 0 )
12 oveq1 โŠข ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) = 0 โ†’ ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ๐ด ) = ( 0 ยท ๐ด ) )
13 12 eqeq1d โŠข ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) = 0 โ†’ ( ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ๐ด ) = 0 โ†” ( 0 ยท ๐ด ) = 0 ) )
14 11 13 syl5ibrcom โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) = 0 โ†’ ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ๐ด ) = 0 ) )
15 6 zred โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„ )
16 5 nnrpd โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„+ )
17 modlt โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„ โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„+ ) โ†’ ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) < ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) )
18 15 16 17 syl2anc โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) < ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) )
19 6 5 zmodcld โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„•0 )
20 19 nn0red โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„ )
21 5 nnred โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ )
22 20 21 ltnled โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) < ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†” ยฌ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ‰ค ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ) )
23 18 22 mpbid โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ยฌ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ‰ค ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) )
24 1 2 3 4 odlem2 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„• โˆง ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ ( 1 ... ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ) )
25 elfzle2 โŠข ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ ( 1 ... ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ‰ค ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) )
26 24 25 syl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„• โˆง ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ‰ค ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) )
27 26 3com23 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ๐ด ) = 0 โˆง ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ‰ค ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) )
28 27 3expia โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„• โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ‰ค ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ) )
29 28 con3d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ยฌ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ‰ค ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) โ†’ ยฌ ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„• ) )
30 29 impancom โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ยฌ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ‰ค ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ๐ด ) = 0 โ†’ ยฌ ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„• ) )
31 9 23 30 syl2anc โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ๐ด ) = 0 โ†’ ยฌ ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„• ) )
32 elnn0 โŠข ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„•0 โ†” ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„• โˆจ ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) = 0 ) )
33 19 32 sylib โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„• โˆจ ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) = 0 ) )
34 33 ord โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ยฌ ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„• โ†’ ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) = 0 ) )
35 31 34 syld โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ๐ด ) = 0 โ†’ ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) = 0 ) )
36 14 35 impbid โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) = 0 โ†” ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ๐ด ) = 0 ) )
37 1 2 3 4 odmod โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ๐ด ) = ( ๐‘ ยท ๐ด ) )
38 37 eqeq1d โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( ๐‘ mod ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ๐ด ) = 0 โ†” ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) )
39 8 36 38 3bitrd โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆฅ ๐‘ โ†” ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) )
40 simpr โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = 0 )
41 40 breq1d โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆฅ ๐‘ โ†” 0 โˆฅ ๐‘ ) )
42 simpl3 โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„ค )
43 0dvds โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„ค โ†’ ( 0 โˆฅ ๐‘ โ†” ๐‘ = 0 ) )
44 42 43 syl โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( 0 โˆฅ ๐‘ โ†” ๐‘ = 0 ) )
45 simpl2 โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ๐ด โˆˆ ๐‘‹ )
46 45 10 syl โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( 0 ยท ๐ด ) = 0 )
47 oveq1 โŠข ( ๐‘ = 0 โ†’ ( ๐‘ ยท ๐ด ) = ( 0 ยท ๐ด ) )
48 47 eqeq1d โŠข ( ๐‘ = 0 โ†’ ( ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 โ†” ( 0 ยท ๐ด ) = 0 ) )
49 46 48 syl5ibrcom โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ๐‘ = 0 โ†’ ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) )
50 1 2 3 4 odnncl โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘ โ‰  0 โˆง ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• )
51 50 nnne0d โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘ โ‰  0 โˆง ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ‰  0 )
52 51 expr โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘ โ‰  0 ) โ†’ ( ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ‰  0 ) )
53 52 impancom โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ๐‘ โ‰  0 โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ‰  0 ) )
54 53 necon4d โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = 0 โ†’ ๐‘ = 0 ) )
55 54 impancom โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 โ†’ ๐‘ = 0 ) )
56 49 55 impbid โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ๐‘ = 0 โ†” ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) )
57 41 44 56 3bitrd โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆฅ ๐‘ โ†” ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) )
58 1 2 odcl โŠข ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„•0 )
59 58 3ad2ant2 โŠข ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„•0 )
60 elnn0 โŠข ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„•0 โ†” ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• โˆจ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = 0 ) )
61 59 60 sylib โŠข ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• โˆจ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = 0 ) )
62 39 57 61 mpjaodan โŠข ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆฅ ๐‘ โ†” ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) )