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Theorem odf1o1

Description: An element with zero order has infinitely many multiples. (Contributed by Stefan O'Rear, 6-Sep-2015)

Ref Expression
Hypotheses odf1o1.x ⊢ X = Base G
odf1o1.t ⊢ · ˙ = ⋅ G
odf1o1.o ⊢ O = od ⁡ G
odf1o1.k ⊢ K = mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G
Assertion odf1o1 ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 → x ∈ ℤ ⟼ x · ˙ A : ℤ ⟶ 1-1 onto K ⁡ A

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 odf1o1.x ⊢ X = Base G
2 odf1o1.t ⊢ · ˙ = ⋅ G
3 odf1o1.o ⊢ O = od ⁡ G
4 odf1o1.k ⊢ K = mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G
5 simpl1 ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ → G ∈ Grp
6 1 subgacs ⊢ G ∈ Grp → SubGrp ⁡ G ∈ ACS ⁡ X
7 acsmre ⊢ SubGrp ⁡ G ∈ ACS ⁡ X → SubGrp ⁡ G ∈ Moore ⁡ X
8 5 6 7 3syl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ → SubGrp ⁡ G ∈ Moore ⁡ X
9 simpl2 ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ → A ∈ X
10 9 snssd ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ → A ⊆ X
11 4 mrccl ⊢ SubGrp ⁡ G ∈ Moore ⁡ X ∧ A ⊆ X → K ⁡ A ∈ SubGrp ⁡ G
12 8 10 11 syl2anc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ → K ⁡ A ∈ SubGrp ⁡ G
13 simpr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ → x ∈ ℤ
14 8 4 10 mrcssidd ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ → A ⊆ K ⁡ A
15 snidg ⊢ A ∈ X → A ∈ A
16 9 15 syl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ → A ∈ A
17 14 16 sseldd ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ → A ∈ K ⁡ A
18 2 subgmulgcl ⊢ K ⁡ A ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∈ ℤ ∧ A ∈ K ⁡ A → x · ˙ A ∈ K ⁡ A
19 12 13 17 18 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ → x · ˙ A ∈ K ⁡ A
20 19 ex ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 → x ∈ ℤ → x · ˙ A ∈ K ⁡ A
21 simpl3 ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → O ⁡ A = 0
22 21 breq1d ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → O ⁡ A ∥ x − y ↔ 0 ∥ x − y
23 zsubcl ⊢ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → x − y ∈ ℤ
24 23 adantl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → x − y ∈ ℤ
25 0dvds ⊢ x − y ∈ ℤ → 0 ∥ x − y ↔ x − y = 0
26 24 25 syl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → 0 ∥ x − y ↔ x − y = 0
27 22 26 bitrd ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → O ⁡ A ∥ x − y ↔ x − y = 0
28 simpl1 ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → G ∈ Grp
29 simpl2 ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → A ∈ X
30 simprl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → x ∈ ℤ
31 simprr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → y ∈ ℤ
32 eqid ⊢ 0 G = 0 G
33 1 3 2 32 odcong ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → O ⁡ A ∥ x − y ↔ x · ˙ A = y · ˙ A
34 28 29 30 31 33 syl112anc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → O ⁡ A ∥ x − y ↔ x · ˙ A = y · ˙ A
35 zcn ⊢ x ∈ ℤ → x ∈ ℂ
36 zcn ⊢ y ∈ ℤ → y ∈ ℂ
37 subeq0 ⊢ x ∈ ℂ ∧ y ∈ ℂ → x − y = 0 ↔ x = y
38 35 36 37 syl2an ⊢ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → x − y = 0 ↔ x = y
39 38 adantl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → x − y = 0 ↔ x = y
40 27 34 39 3bitr3d ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → x · ˙ A = y · ˙ A ↔ x = y
41 40 ex ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 → x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → x · ˙ A = y · ˙ A ↔ x = y
42 20 41 dom2lem ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 → x ∈ ℤ ⟼ x · ˙ A : ℤ ⟶ 1-1 K ⁡ A
43 19 fmpttd ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 → x ∈ ℤ ⟼ x · ˙ A : ℤ ⟶ K ⁡ A
44 eqid ⊢ x ∈ ℤ ⟼ x · ˙ A = x ∈ ℤ ⟼ x · ˙ A
45 1 2 44 4 cycsubg2 ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X → K ⁡ A = ran ⁡ x ∈ ℤ ⟼ x · ˙ A
46 45 3adant3 ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 → K ⁡ A = ran ⁡ x ∈ ℤ ⟼ x · ˙ A
47 46 eqcomd ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 → ran ⁡ x ∈ ℤ ⟼ x · ˙ A = K ⁡ A
48 dffo2 ⊢ x ∈ ℤ ⟼ x · ˙ A : ℤ ⟶ onto K ⁡ A ↔ x ∈ ℤ ⟼ x · ˙ A : ℤ ⟶ K ⁡ A ∧ ran ⁡ x ∈ ℤ ⟼ x · ˙ A = K ⁡ A
49 43 47 48 sylanbrc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 → x ∈ ℤ ⟼ x · ˙ A : ℤ ⟶ onto K ⁡ A
50 df-f1o ⊢ x ∈ ℤ ⟼ x · ˙ A : ℤ ⟶ 1-1 onto K ⁡ A ↔ x ∈ ℤ ⟼ x · ˙ A : ℤ ⟶ 1-1 K ⁡ A ∧ x ∈ ℤ ⟼ x · ˙ A : ℤ ⟶ onto K ⁡ A
51 42 49 50 sylanbrc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ O ⁡ A = 0 → x ∈ ℤ ⟼ x · ˙ A : ℤ ⟶ 1-1 onto K ⁡ A