Metamath Proof Explorer


Theorem odmulgeq

Description: A multiple of a point of finite order only has the same order if the multiplier is relatively prime. (Contributed by Stefan O'Rear, 12-Sep-2015)

Ref Expression
Hypotheses odmulgid.1 โŠข ๐‘‹ = ( Base โ€˜ ๐บ )
odmulgid.2 โŠข ๐‘‚ = ( od โ€˜ ๐บ )
odmulgid.3 โŠข ยท = ( .g โ€˜ ๐บ )
Assertion odmulgeq ( ( ( 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‘ ยท ๐ด ) ) = ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†” ( ๐‘ gcd ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) = 1 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 odmulgid.1 โŠข ๐‘‹ = ( Base โ€˜ ๐บ )
2 odmulgid.2 โŠข ๐‘‚ = ( od โ€˜ ๐บ )
3 odmulgid.3 โŠข ยท = ( .g โ€˜ ๐บ )
4 eqcom โŠข ( ( ๐‘‚ โ€˜ ( ๐‘ ยท ๐ด ) ) = ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†” ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘‚ โ€˜ ( ๐‘ ยท ๐ด ) ) )
5 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‘‹ )
6 1 2 odcl โŠข ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„•0 )
7 5 6 syl 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„•0 )
8 7 nn0cnd 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„‚ )
9 simpl1 โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐บ โˆˆ Grp )
10 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 )
11 1 3 mulgcl โŠข ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ( ๐‘ ยท ๐ด ) โˆˆ ๐‘‹ )
12 9 10 5 11 syl3anc โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘ ยท ๐ด ) โˆˆ ๐‘‹ )
13 1 2 odcl โŠข ( ( ๐‘ ยท ๐ด ) โˆˆ ๐‘‹ โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ( ๐‘ ยท ๐ด ) ) โˆˆ โ„•0 )
14 12 13 syl 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‘ ยท ๐ด ) ) โˆˆ โ„•0 )
15 14 nn0cnd 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‘ ยท ๐ด ) ) โˆˆ โ„‚ )
16 nnne0 โŠข ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ‰  0 )
17 16 adantl 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 ) โ‰  0 )
18 1 2 3 odmulg2 โŠข ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ( ๐‘ ยท ๐ด ) ) โˆฅ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) )
19 18 adantr 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‘ ยท ๐ด ) ) โˆฅ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) )
20 breq1 โŠข ( ( ๐‘‚ โ€˜ ( ๐‘ ยท ๐ด ) ) = 0 โ†’ ( ( ๐‘‚ โ€˜ ( ๐‘ ยท ๐ด ) ) โˆฅ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†” 0 โˆฅ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) )
21 19 20 syl5ibcom 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‘ ยท ๐ด ) ) = 0 โ†’ 0 โˆฅ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) )
22 7 nn0zd 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„ค )
23 0dvds โŠข ( ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ค โ†’ ( 0 โˆฅ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†” ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = 0 ) )
24 22 23 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 โˆฅ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†” ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = 0 ) )
25 21 24 sylibd 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‘ ยท ๐ด ) ) = 0 โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = 0 ) )
26 25 necon3d 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 ) โ‰  0 โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ( ๐‘ ยท ๐ด ) ) โ‰  0 ) )
27 17 26 mpd 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‘ ยท ๐ด ) ) โ‰  0 )
28 8 15 27 diveq1ad 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 ) / ( ๐‘‚ โ€˜ ( ๐‘ ยท ๐ด ) ) ) = 1 โ†” ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘‚ โ€˜ ( ๐‘ ยท ๐ด ) ) ) )
29 10 22 gcdcld โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘ gcd ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„•0 )
30 29 nn0cnd โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘ gcd ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„‚ )
31 15 30 mulcomd 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‘ ยท ๐ด ) ) ยท ( ๐‘ gcd ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ) = ( ( ๐‘ gcd ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ( ๐‘‚ โ€˜ ( ๐‘ ยท ๐ด ) ) ) )
32 1 2 3 odmulg โŠข ( ( ๐บ โˆˆ Grp โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) = ( ( ๐‘ gcd ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ( ๐‘‚ โ€˜ ( ๐‘ ยท ๐ด ) ) ) )
33 32 adantr 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 ) = ( ( ๐‘ gcd ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ( ๐‘‚ โ€˜ ( ๐‘ ยท ๐ด ) ) ) )
34 31 33 eqtr4d 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‘ ยท ๐ด ) ) ยท ( ๐‘ gcd ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ) = ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) )
35 8 15 30 27 divmuld 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 ) / ( ๐‘‚ โ€˜ ( ๐‘ ยท ๐ด ) ) ) = ( ๐‘ gcd ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) โ†” ( ( ๐‘‚ โ€˜ ( ๐‘ ยท ๐ด ) ) ยท ( ๐‘ gcd ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) ) = ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) )
36 34 35 mpbird 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 ) / ( ๐‘‚ โ€˜ ( ๐‘ ยท ๐ด ) ) ) = ( ๐‘ gcd ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) )
37 36 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‘‚ โ€˜ ๐ด ) / ( ๐‘‚ โ€˜ ( ๐‘ ยท ๐ด ) ) ) = 1 โ†” ( ๐‘ gcd ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) = 1 ) )
38 28 37 bitr3d 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 ) = ( ๐‘‚ โ€˜ ( ๐‘ ยท ๐ด ) ) โ†” ( ๐‘ gcd ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) = 1 ) )
39 4 38 bitrid 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‘ ยท ๐ด ) ) = ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) โ†” ( ๐‘ gcd ( ๐‘‚ โ€˜ ๐ด ) ) = 1 ) )