Metamath Proof Explorer


Theorem lagsubg

Description: Lagrange's theorem for Groups: the order of any subgroup of a finite group is a divisor of the order of the group. This is Metamath 100 proof #71. (Contributed by Mario Carneiro, 11-Jul-2014) (Revised by Mario Carneiro, 12-Aug-2015)

Ref Expression
Hypothesis lagsubg.1 โŠข ๐‘‹ = ( Base โ€˜ ๐บ )
Assertion lagsubg ( ( ๐‘Œ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐บ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ Fin ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘Œ ) โˆฅ ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘‹ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lagsubg.1 โŠข ๐‘‹ = ( Base โ€˜ ๐บ )
2 simpr โŠข ( ( ๐‘Œ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐บ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ Fin ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ Fin )
3 pwfi โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ Fin โ†” ๐’ซ ๐‘‹ โˆˆ Fin )
4 2 3 sylib โŠข ( ( ๐‘Œ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐บ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ Fin ) โ†’ ๐’ซ ๐‘‹ โˆˆ Fin )
5 eqid โŠข ( ๐บ ~QG ๐‘Œ ) = ( ๐บ ~QG ๐‘Œ )
6 1 5 eqger โŠข ( ๐‘Œ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐บ ) โ†’ ( ๐บ ~QG ๐‘Œ ) Er ๐‘‹ )
7 6 adantr โŠข ( ( ๐‘Œ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐บ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ Fin ) โ†’ ( ๐บ ~QG ๐‘Œ ) Er ๐‘‹ )
8 7 qsss โŠข ( ( ๐‘Œ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐บ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ Fin ) โ†’ ( ๐‘‹ / ( ๐บ ~QG ๐‘Œ ) ) โŠ† ๐’ซ ๐‘‹ )
9 4 8 ssfid โŠข ( ( ๐‘Œ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐บ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ Fin ) โ†’ ( ๐‘‹ / ( ๐บ ~QG ๐‘Œ ) ) โˆˆ Fin )
10 hashcl โŠข ( ( ๐‘‹ / ( ๐บ ~QG ๐‘Œ ) ) โˆˆ Fin โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐‘‹ / ( ๐บ ~QG ๐‘Œ ) ) ) โˆˆ โ„•0 )
11 9 10 syl โŠข ( ( ๐‘Œ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐บ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ Fin ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐‘‹ / ( ๐บ ~QG ๐‘Œ ) ) ) โˆˆ โ„•0 )
12 11 nn0zd โŠข ( ( ๐‘Œ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐บ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ Fin ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐‘‹ / ( ๐บ ~QG ๐‘Œ ) ) ) โˆˆ โ„ค )
13 id โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ Fin โ†’ ๐‘‹ โˆˆ Fin )
14 1 subgss โŠข ( ๐‘Œ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐บ ) โ†’ ๐‘Œ โŠ† ๐‘‹ )
15 ssfi โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ Fin โˆง ๐‘Œ โŠ† ๐‘‹ ) โ†’ ๐‘Œ โˆˆ Fin )
16 13 14 15 syl2anr โŠข ( ( ๐‘Œ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐บ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ Fin ) โ†’ ๐‘Œ โˆˆ Fin )
17 hashcl โŠข ( ๐‘Œ โˆˆ Fin โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘Œ ) โˆˆ โ„•0 )
18 16 17 syl โŠข ( ( ๐‘Œ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐บ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ Fin ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘Œ ) โˆˆ โ„•0 )
19 18 nn0zd โŠข ( ( ๐‘Œ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐บ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ Fin ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘Œ ) โˆˆ โ„ค )
20 dvdsmul2 โŠข ( ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐‘‹ / ( ๐บ ~QG ๐‘Œ ) ) ) โˆˆ โ„ค โˆง ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘Œ ) โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘Œ ) โˆฅ ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐‘‹ / ( ๐บ ~QG ๐‘Œ ) ) ) ยท ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘Œ ) ) )
21 12 19 20 syl2anc โŠข ( ( ๐‘Œ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐บ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ Fin ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘Œ ) โˆฅ ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐‘‹ / ( ๐บ ~QG ๐‘Œ ) ) ) ยท ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘Œ ) ) )
22 simpl โŠข ( ( ๐‘Œ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐บ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ Fin ) โ†’ ๐‘Œ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐บ ) )
23 1 5 22 2 lagsubg2 โŠข ( ( ๐‘Œ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐บ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ Fin ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘‹ ) = ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐‘‹ / ( ๐บ ~QG ๐‘Œ ) ) ) ยท ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘Œ ) ) )
24 21 23 breqtrrd โŠข ( ( ๐‘Œ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐บ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ Fin ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘Œ ) โˆฅ ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘‹ ) )