Metamath Proof Explorer


Theorem odlem2

Description: Any positive annihilator of a group element is an upper bound on the (positive) order of the element. (Contributed by Mario Carneiro, 14-Jan-2015) (Revised by Stefan O'Rear, 5-Sep-2015) (Proof shortened by AV, 5-Oct-2020)

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 odlem2 ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ ( 1 ... ๐‘ ) )

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 oveq1 โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ โ†’ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = ( ๐‘ ยท ๐ด ) )
6 5 eqeq1d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ โ†’ ( ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 โ†” ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) )
7 6 elrab โŠข ( ๐‘ โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } โ†” ( ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) )
8 eqid โŠข { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } = { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 }
9 1 3 4 2 8 odval โŠข ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = if ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } = โˆ… , 0 , inf ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } , โ„ , < ) ) )
10 n0i โŠข ( ๐‘ โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } โ†’ ยฌ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } = โˆ… )
11 10 iffalsed โŠข ( ๐‘ โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } โ†’ if ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } = โˆ… , 0 , inf ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } , โ„ , < ) ) = inf ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } , โ„ , < ) )
12 9 11 sylan9eq โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = inf ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } , โ„ , < ) )
13 ssrab2 โŠข { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } โІ โ„•
14 nnuz โŠข โ„• = ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 1 )
15 13 14 sseqtri โŠข { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } โІ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 1 )
16 ne0i โŠข ( ๐‘ โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } โ†’ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } โ‰  โˆ… )
17 16 adantl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } ) โ†’ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } โ‰  โˆ… )
18 infssuzcl โŠข ( ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } โІ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 1 ) โˆง { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } โ‰  โˆ… ) โ†’ inf ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } , โ„ , < ) โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } )
19 15 17 18 sylancr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } ) โ†’ inf ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } , โ„ , < ) โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } )
20 13 19 sselid โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } ) โ†’ inf ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } , โ„ , < ) โˆˆ โ„• )
21 infssuzle โŠข ( ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } โІ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 1 ) โˆง ๐‘ โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } ) โ†’ inf ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } , โ„ , < ) โ‰ค ๐‘ )
22 15 21 mpan โŠข ( ๐‘ โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } โ†’ inf ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } , โ„ , < ) โ‰ค ๐‘ )
23 22 adantl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } ) โ†’ inf ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } , โ„ , < ) โ‰ค ๐‘ )
24 elrabi โŠข ( ๐‘ โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
25 24 nnzd โŠข ( ๐‘ โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„ค )
26 fznn โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„ค โ†’ ( inf ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } , โ„ , < ) โˆˆ ( 1 ... ๐‘ ) โ†” ( inf ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } , โ„ , < ) โˆˆ โ„• โˆง inf ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } , โ„ , < ) โ‰ค ๐‘ ) ) )
27 25 26 syl โŠข ( ๐‘ โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } โ†’ ( inf ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } , โ„ , < ) โˆˆ ( 1 ... ๐‘ ) โ†” ( inf ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } , โ„ , < ) โˆˆ โ„• โˆง inf ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } , โ„ , < ) โ‰ค ๐‘ ) ) )
28 27 adantl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } ) โ†’ ( inf ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } , โ„ , < ) โˆˆ ( 1 ... ๐‘ ) โ†” ( inf ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } , โ„ , < ) โˆˆ โ„• โˆง inf ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } , โ„ , < ) โ‰ค ๐‘ ) ) )
29 20 23 28 mpbir2and โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } ) โ†’ inf ( { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } , โ„ , < ) โˆˆ ( 1 ... ๐‘ ) )
30 12 29 eqeltrd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐‘ฆ ยท ๐ด ) = 0 } ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ ( 1 ... ๐‘ ) )
31 7 30 sylan2br โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ( ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ ( 1 ... ๐‘ ) )
32 31 3impb โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ( ๐‘ ยท ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ ( 1 ... ๐‘ ) )