Metamath Proof Explorer


Theorem gexlem2

Description: Any positive annihilator of all the group elements is an upper bound on the group exponent. (Contributed by Mario Carneiro, 24-Apr-2016) (Proof shortened by AV, 26-Sep-2020)

Ref Expression
Hypotheses gexcl.1 ⊢ X = Base G
gexcl.2 ⊢ E = gEx ⁡ G
gexid.3 ⊢ · ˙ = ⋅ G
gexid.4 ⊢ 0 ˙ = 0 G
Assertion gexlem2 ⊢ G ∈ V ∧ N ∈ ℕ ∧ ∀ x ∈ X N · ˙ x = 0 ˙ → E ∈ 1 … N

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 gexcl.1 ⊢ X = Base G
2 gexcl.2 ⊢ E = gEx ⁡ G
3 gexid.3 ⊢ · ˙ = ⋅ G
4 gexid.4 ⊢ 0 ˙ = 0 G
5 oveq1 ⊢ y = N → y · ˙ x = N · ˙ x
6 5 eqeq1d ⊢ y = N → y · ˙ x = 0 ˙ ↔ N · ˙ x = 0 ˙
7 6 ralbidv ⊢ y = N → ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ↔ ∀ x ∈ X N · ˙ x = 0 ˙
8 7 elrab ⊢ N ∈ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ↔ N ∈ ℕ ∧ ∀ x ∈ X N · ˙ x = 0 ˙
9 eqid ⊢ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ = y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙
10 1 3 4 2 9 gexval ⊢ G ∈ V → E = if y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ = ∅ 0 inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ <
11 ne0i ⊢ N ∈ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ → y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ≠ ∅
12 ifnefalse ⊢ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ≠ ∅ → if y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ = ∅ 0 inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ < = inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ <
13 11 12 syl ⊢ N ∈ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ → if y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ = ∅ 0 inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ < = inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ <
14 10 13 sylan9eq ⊢ G ∈ V ∧ N ∈ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ → E = inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ <
15 ssrab2 ⊢ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ⊆ ℕ
16 nnuz ⊢ ℕ = ℤ ≥ 1
17 15 16 sseqtri ⊢ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ⊆ ℤ ≥ 1
18 11 adantl ⊢ G ∈ V ∧ N ∈ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ → y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ≠ ∅
19 infssuzcl ⊢ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ⊆ ℤ ≥ 1 ∧ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ≠ ∅ → inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ < ∈ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙
20 17 18 19 sylancr ⊢ G ∈ V ∧ N ∈ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ → inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ < ∈ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙
21 15 20 sselid ⊢ G ∈ V ∧ N ∈ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ → inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ < ∈ ℕ
22 infssuzle ⊢ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ⊆ ℤ ≥ 1 ∧ N ∈ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ → inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ < ≤ N
23 17 22 mpan ⊢ N ∈ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ → inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ < ≤ N
24 23 adantl ⊢ G ∈ V ∧ N ∈ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ → inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ < ≤ N
25 elrabi ⊢ N ∈ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ → N ∈ ℕ
26 25 nnzd ⊢ N ∈ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ → N ∈ ℤ
27 fznn ⊢ N ∈ ℤ → inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ < ∈ 1 … N ↔ inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ < ∈ ℕ ∧ inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ < ≤ N
28 26 27 syl ⊢ N ∈ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ → inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ < ∈ 1 … N ↔ inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ < ∈ ℕ ∧ inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ < ≤ N
29 28 adantl ⊢ G ∈ V ∧ N ∈ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ → inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ < ∈ 1 … N ↔ inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ < ∈ ℕ ∧ inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ < ≤ N
30 21 24 29 mpbir2and ⊢ G ∈ V ∧ N ∈ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ → inf y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ ℝ < ∈ 1 … N
31 14 30 eqeltrd ⊢ G ∈ V ∧ N ∈ y ∈ ℕ | ∀ x ∈ X y · ˙ x = 0 ˙ → E ∈ 1 … N
32 8 31 sylan2br ⊢ G ∈ V ∧ N ∈ ℕ ∧ ∀ x ∈ X N · ˙ x = 0 ˙ → E ∈ 1 … N
33 32 3impb ⊢ G ∈ V ∧ N ∈ ℕ ∧ ∀ x ∈ X N · ˙ x = 0 ˙ → E ∈ 1 … N