Metamath Proof Explorer


Theorem odeq

Description: The oddvds property uniquely defines the group order. (Contributed by Stefan O'Rear, 6-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 odeq ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘ = ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†” โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ 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 nn0z โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค )
6 1 2 3 4 oddvds โŠข ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) )
7 5 6 syl3an3 โŠข ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) )
8 7 3expa โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) )
9 8 ralrimiva โŠข ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) )
10 breq1 โŠข ( ๐‘ = ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆฅ ๐‘ฆ ) )
11 10 bibi1d โŠข ( ๐‘ = ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†’ ( ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) โ†” ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) ) )
12 11 ralbidv โŠข ( ๐‘ = ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) โ†” โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) ) )
13 9 12 syl5ibrcom โŠข ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ( ๐‘ = ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) ) )
14 13 3adant3 โŠข ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘ = ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) ) )
15 simpl3 โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„•0 )
16 simpl2 โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) ) โ†’ ๐ด โˆˆ ๐‘‹ )
17 1 2 odcl โŠข ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„•0 )
18 16 17 syl โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„•0 )
19 1 2 3 4 odid โŠข ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โ†’ ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ยท ๐ด ) = 0 )
20 16 19 syl โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) ) โ†’ ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ยท ๐ด ) = 0 )
21 17 3ad2ant2 โŠข ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„•0 )
22 breq2 โŠข ( ๐‘ฆ = ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ๐‘ โˆฅ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) )
23 oveq1 โŠข ( ๐‘ฆ = ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ยท ๐ด ) )
24 23 eqeq1d โŠข ( ๐‘ฆ = ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 โ†” ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ยท ๐ด ) = 0 ) )
25 22 24 bibi12d โŠข ( ๐‘ฆ = ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†’ ( ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) โ†” ( ๐‘ โˆฅ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†” ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ยท ๐ด ) = 0 ) ) )
26 25 rspcva โŠข ( ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„•0 โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) ) โ†’ ( ๐‘ โˆฅ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†” ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ยท ๐ด ) = 0 ) )
27 21 26 sylan โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) ) โ†’ ( ๐‘ โˆฅ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†” ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ยท ๐ด ) = 0 ) )
28 20 27 mpbird โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) ) โ†’ ๐‘ โˆฅ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) )
29 nn0z โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„•0 โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„ค )
30 iddvds โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„ค โ†’ ๐‘ โˆฅ ๐‘ )
31 15 29 30 3syl โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) ) โ†’ ๐‘ โˆฅ ๐‘ )
32 breq2 โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ โ†’ ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ๐‘ โˆฅ ๐‘ ) )
33 oveq1 โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ โ†’ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = ( ๐‘ ยท ๐ด ) )
34 33 eqeq1d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ โ†’ ( ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 โ†” ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) )
35 32 34 bibi12d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ โ†’ ( ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) โ†” ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ โ†” ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) ) )
36 35 rspcva โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) ) โ†’ ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ โ†” ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) )
37 36 3ad2antl3 โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) ) โ†’ ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ โ†” ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) )
38 31 37 mpbid โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) ) โ†’ ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 )
39 1 2 3 4 oddvds 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 ) )
40 29 39 syl3an3 โŠข ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆฅ ๐‘ โ†” ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) )
41 40 adantr โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) ) โ†’ ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆฅ ๐‘ โ†” ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) )
42 38 41 mpbird โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆฅ ๐‘ )
43 dvdseq โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( ๐‘ โˆฅ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆฅ ๐‘ ) ) โ†’ ๐‘ = ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) )
44 15 18 28 42 43 syl22anc โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) ) โ†’ ๐‘ = ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) )
45 44 ex โŠข ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) โ†’ ๐‘ = ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) )
46 14 45 impbid โŠข ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘ = ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†” โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 ) ) )