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Theorem pgpfi 18220
Description: The converse to pgpfi1 18210. A finite group is a 𝑃-group iff it has size some power of 𝑃. (Contributed by Mario Carneiro, 16-Jan-2015.)
Hypothesis
Ref Expression
pgpfi.1 𝑋 = (Base‘𝐺)
Assertion
Ref Expression
pgpfi ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) → (𝑃 pGrp 𝐺 ↔ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∃𝑛 ∈ ℕ0 (♯‘𝑋) = (𝑃𝑛))))
Distinct variable groups:   𝑛,𝐺   𝑃,𝑛   𝑛,𝑋

Proof of Theorem pgpfi
Dummy variables 𝑔 𝑚 𝑝 𝑥 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 pgpfi.1 . . . 4 𝑋 = (Base‘𝐺)
2 eqid 2760 . . . 4 (od‘𝐺) = (od‘𝐺)
31, 2ispgp 18207 . . 3 (𝑃 pGrp 𝐺 ↔ (𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚)))
4 simprl 811 . . . . . 6 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → 𝑃 ∈ ℙ)
51grpbn0 17652 . . . . . . . . . . 11 (𝐺 ∈ Grp → 𝑋 ≠ ∅)
65ad2antrr 764 . . . . . . . . . 10 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → 𝑋 ≠ ∅)
7 hashnncl 13349 . . . . . . . . . . 11 (𝑋 ∈ Fin → ((♯‘𝑋) ∈ ℕ ↔ 𝑋 ≠ ∅))
87ad2antlr 765 . . . . . . . . . 10 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → ((♯‘𝑋) ∈ ℕ ↔ 𝑋 ≠ ∅))
96, 8mpbird 247 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → (♯‘𝑋) ∈ ℕ)
104, 9pccld 15757 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → (𝑃 pCnt (♯‘𝑋)) ∈ ℕ0)
1110nn0red 11544 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → (𝑃 pCnt (♯‘𝑋)) ∈ ℝ)
1211leidd 10786 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → (𝑃 pCnt (♯‘𝑋)) ≤ (𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))
1310nn0zd 11672 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → (𝑃 pCnt (♯‘𝑋)) ∈ ℤ)
14 pcid 15779 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑃 pCnt (♯‘𝑋)) ∈ ℤ) → (𝑃 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))) = (𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))
154, 13, 14syl2anc 696 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → (𝑃 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))) = (𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))
1612, 15breqtrrd 4832 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → (𝑃 pCnt (♯‘𝑋)) ≤ (𝑃 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))))
1716ad2antrr 764 . . . . . . . . . . . 12 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 = 𝑃) → (𝑃 pCnt (♯‘𝑋)) ≤ (𝑃 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))))
18 simpr 479 . . . . . . . . . . . . 13 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 = 𝑃) → 𝑝 = 𝑃)
1918oveq1d 6828 . . . . . . . . . . . 12 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 = 𝑃) → (𝑝 pCnt (♯‘𝑋)) = (𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))
2018oveq1d 6828 . . . . . . . . . . . 12 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 = 𝑃) → (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))) = (𝑃 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))))
2117, 19, 203brtr4d 4836 . . . . . . . . . . 11 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 = 𝑃) → (𝑝 pCnt (♯‘𝑋)) ≤ (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))))
22 simp-4l 825 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) → 𝐺 ∈ Grp)
23 simplr 809 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → 𝑋 ∈ Fin)
2423ad2antrr 764 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) → 𝑋 ∈ Fin)
25 simplr 809 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) → 𝑝 ∈ ℙ)
26 simpr 479 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) → 𝑝 ∥ (♯‘𝑋))
271, 2odcau 18219 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) → ∃𝑔𝑋 ((od‘𝐺)‘𝑔) = 𝑝)
2822, 24, 25, 26, 27syl31anc 1480 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) → ∃𝑔𝑋 ((od‘𝐺)‘𝑔) = 𝑝)
2925adantr 472 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) ∧ (𝑔𝑋 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑔) = 𝑝)) → 𝑝 ∈ ℙ)
30 prmz 15591 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑝 ∈ ℙ → 𝑝 ∈ ℤ)
31 iddvds 15197 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑝 ∈ ℤ → 𝑝𝑝)
3229, 30, 313syl 18 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) ∧ (𝑔𝑋 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑔) = 𝑝)) → 𝑝𝑝)
33 simprr 813 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) ∧ (𝑔𝑋 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑔) = 𝑝)) → ((od‘𝐺)‘𝑔) = 𝑝)
3432, 33breqtrrd 4832 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) ∧ (𝑔𝑋 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑔) = 𝑝)) → 𝑝 ∥ ((od‘𝐺)‘𝑔))
35 simplrr 820 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))
36 fveq2 6352 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 (𝑥 = 𝑔 → ((od‘𝐺)‘𝑥) = ((od‘𝐺)‘𝑔))
3736eqeq1d 2762 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 (𝑥 = 𝑔 → (((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚) ↔ ((od‘𝐺)‘𝑔) = (𝑃𝑚)))
3837rexbidv 3190 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (𝑥 = 𝑔 → (∃𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚) ↔ ∃𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑔) = (𝑃𝑚)))
3938rspccva 3448 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚) ∧ 𝑔𝑋) → ∃𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑔) = (𝑃𝑚))
4035, 39sylan 489 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑔𝑋) → ∃𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑔) = (𝑃𝑚))
4140ad2ant2r 800 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) ∧ (𝑔𝑋 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑔) = 𝑝)) → ∃𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑔) = (𝑃𝑚))
424ad3antrrr 768 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) ∧ (𝑔𝑋 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑔) = 𝑝)) → 𝑃 ∈ ℙ)
43 prmnn 15590 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (𝑝 ∈ ℙ → 𝑝 ∈ ℕ)
4429, 43syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) ∧ (𝑔𝑋 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑔) = 𝑝)) → 𝑝 ∈ ℕ)
4533, 44eqeltrd 2839 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) ∧ (𝑔𝑋 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑔) = 𝑝)) → ((od‘𝐺)‘𝑔) ∈ ℕ)
46 pcprmpw 15789 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ((od‘𝐺)‘𝑔) ∈ ℕ) → (∃𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑔) = (𝑃𝑚) ↔ ((od‘𝐺)‘𝑔) = (𝑃↑(𝑃 pCnt ((od‘𝐺)‘𝑔)))))
4742, 45, 46syl2anc 696 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) ∧ (𝑔𝑋 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑔) = 𝑝)) → (∃𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑔) = (𝑃𝑚) ↔ ((od‘𝐺)‘𝑔) = (𝑃↑(𝑃 pCnt ((od‘𝐺)‘𝑔)))))
4841, 47mpbid 222 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) ∧ (𝑔𝑋 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑔) = 𝑝)) → ((od‘𝐺)‘𝑔) = (𝑃↑(𝑃 pCnt ((od‘𝐺)‘𝑔))))
4934, 48breqtrd 4830 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) ∧ (𝑔𝑋 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑔) = 𝑝)) → 𝑝 ∥ (𝑃↑(𝑃 pCnt ((od‘𝐺)‘𝑔))))
5042, 45pccld 15757 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) ∧ (𝑔𝑋 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑔) = 𝑝)) → (𝑃 pCnt ((od‘𝐺)‘𝑔)) ∈ ℕ0)
51 prmdvdsexpr 15631 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝑝 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑃 pCnt ((od‘𝐺)‘𝑔)) ∈ ℕ0) → (𝑝 ∥ (𝑃↑(𝑃 pCnt ((od‘𝐺)‘𝑔))) → 𝑝 = 𝑃))
5229, 42, 50, 51syl3anc 1477 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) ∧ (𝑔𝑋 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑔) = 𝑝)) → (𝑝 ∥ (𝑃↑(𝑃 pCnt ((od‘𝐺)‘𝑔))) → 𝑝 = 𝑃))
5349, 52mpd 15 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) ∧ (𝑔𝑋 ∧ ((od‘𝐺)‘𝑔) = 𝑝)) → 𝑝 = 𝑃)
5428, 53rexlimddv 3173 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)) → 𝑝 = 𝑃)
5554ex 449 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 ∥ (♯‘𝑋) → 𝑝 = 𝑃))
5655necon3ad 2945 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝𝑃 → ¬ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)))
5756imp 444 . . . . . . . . . . . . 13 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝𝑃) → ¬ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋))
58 simplr 809 . . . . . . . . . . . . . 14 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝𝑃) → 𝑝 ∈ ℙ)
599ad2antrr 764 . . . . . . . . . . . . . 14 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝𝑃) → (♯‘𝑋) ∈ ℕ)
60 pceq0 15777 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑝 ∈ ℙ ∧ (♯‘𝑋) ∈ ℕ) → ((𝑝 pCnt (♯‘𝑋)) = 0 ↔ ¬ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)))
6158, 59, 60syl2anc 696 . . . . . . . . . . . . 13 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝𝑃) → ((𝑝 pCnt (♯‘𝑋)) = 0 ↔ ¬ 𝑝 ∥ (♯‘𝑋)))
6257, 61mpbird 247 . . . . . . . . . . . 12 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝𝑃) → (𝑝 pCnt (♯‘𝑋)) = 0)
63 prmnn 15590 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℕ)
6463ad2antrl 766 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → 𝑃 ∈ ℕ)
6564, 10nnexpcld 13224 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋))) ∈ ℕ)
6665ad2antrr 764 . . . . . . . . . . . . . 14 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝𝑃) → (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋))) ∈ ℕ)
6758, 66pccld 15757 . . . . . . . . . . . . 13 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝𝑃) → (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))) ∈ ℕ0)
6867nn0ge0d 11546 . . . . . . . . . . . 12 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝𝑃) → 0 ≤ (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))))
6962, 68eqbrtrd 4826 . . . . . . . . . . 11 (((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑝𝑃) → (𝑝 pCnt (♯‘𝑋)) ≤ (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))))
7021, 69pm2.61dane 3019 . . . . . . . . . 10 ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 pCnt (♯‘𝑋)) ≤ (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))))
7170ralrimiva 3104 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝 pCnt (♯‘𝑋)) ≤ (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))))
72 hashcl 13339 . . . . . . . . . . . 12 (𝑋 ∈ Fin → (♯‘𝑋) ∈ ℕ0)
7372ad2antlr 765 . . . . . . . . . . 11 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → (♯‘𝑋) ∈ ℕ0)
7473nn0zd 11672 . . . . . . . . . 10 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → (♯‘𝑋) ∈ ℤ)
7565nnzd 11673 . . . . . . . . . 10 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋))) ∈ ℤ)
76 pc2dvds 15785 . . . . . . . . . 10 (((♯‘𝑋) ∈ ℤ ∧ (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋))) ∈ ℤ) → ((♯‘𝑋) ∥ (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋))) ↔ ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝 pCnt (♯‘𝑋)) ≤ (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋))))))
7774, 75, 76syl2anc 696 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → ((♯‘𝑋) ∥ (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋))) ↔ ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝 pCnt (♯‘𝑋)) ≤ (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋))))))
7871, 77mpbird 247 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → (♯‘𝑋) ∥ (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋))))
79 oveq2 6821 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = (𝑃 pCnt (♯‘𝑋)) → (𝑃𝑛) = (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋))))
8079breq2d 4816 . . . . . . . . 9 (𝑛 = (𝑃 pCnt (♯‘𝑋)) → ((♯‘𝑋) ∥ (𝑃𝑛) ↔ (♯‘𝑋) ∥ (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))))
8180rspcev 3449 . . . . . . . 8 (((𝑃 pCnt (♯‘𝑋)) ∈ ℕ0 ∧ (♯‘𝑋) ∥ (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))) → ∃𝑛 ∈ ℕ0 (♯‘𝑋) ∥ (𝑃𝑛))
8210, 78, 81syl2anc 696 . . . . . . 7 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → ∃𝑛 ∈ ℕ0 (♯‘𝑋) ∥ (𝑃𝑛))
83 pcprmpw2 15788 . . . . . . . . 9 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (♯‘𝑋) ∈ ℕ) → (∃𝑛 ∈ ℕ0 (♯‘𝑋) ∥ (𝑃𝑛) ↔ (♯‘𝑋) = (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))))
84 pcprmpw 15789 . . . . . . . . 9 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (♯‘𝑋) ∈ ℕ) → (∃𝑛 ∈ ℕ0 (♯‘𝑋) = (𝑃𝑛) ↔ (♯‘𝑋) = (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))))
8583, 84bitr4d 271 . . . . . . . 8 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (♯‘𝑋) ∈ ℕ) → (∃𝑛 ∈ ℕ0 (♯‘𝑋) ∥ (𝑃𝑛) ↔ ∃𝑛 ∈ ℕ0 (♯‘𝑋) = (𝑃𝑛)))
864, 9, 85syl2anc 696 . . . . . . 7 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → (∃𝑛 ∈ ℕ0 (♯‘𝑋) ∥ (𝑃𝑛) ↔ ∃𝑛 ∈ ℕ0 (♯‘𝑋) = (𝑃𝑛)))
8782, 86mpbid 222 . . . . . 6 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → ∃𝑛 ∈ ℕ0 (♯‘𝑋) = (𝑃𝑛))
884, 87jca 555 . . . . 5 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∃𝑛 ∈ ℕ0 (♯‘𝑋) = (𝑃𝑛)))
89883adantr2 1176 . . . 4 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) ∧ (𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚))) → (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∃𝑛 ∈ ℕ0 (♯‘𝑋) = (𝑃𝑛)))
9089ex 449 . . 3 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) → ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥𝑋𝑚 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃𝑚)) → (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∃𝑛 ∈ ℕ0 (♯‘𝑋) = (𝑃𝑛))))
913, 90syl5bi 232 . 2 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) → (𝑃 pGrp 𝐺 → (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∃𝑛 ∈ ℕ0 (♯‘𝑋) = (𝑃𝑛))))
921pgpfi1 18210 . . . . . 6 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → ((♯‘𝑋) = (𝑃𝑛) → 𝑃 pGrp 𝐺))
93923expia 1115 . . . . 5 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → (𝑛 ∈ ℕ0 → ((♯‘𝑋) = (𝑃𝑛) → 𝑃 pGrp 𝐺)))
9493rexlimdv 3168 . . . 4 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → (∃𝑛 ∈ ℕ0 (♯‘𝑋) = (𝑃𝑛) → 𝑃 pGrp 𝐺))
9594expimpd 630 . . 3 (𝐺 ∈ Grp → ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ∃𝑛 ∈ ℕ0 (♯‘𝑋) = (𝑃𝑛)) → 𝑃 pGrp 𝐺))
9695adantr 472 . 2 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) → ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ∃𝑛 ∈ ℕ0 (♯‘𝑋) = (𝑃𝑛)) → 𝑃 pGrp 𝐺))
9791, 96impbid 202 1 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ Fin) → (𝑃 pGrp 𝐺 ↔ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ∃𝑛 ∈ ℕ0 (♯‘𝑋) = (𝑃𝑛))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 196  wa 383  w3a 1072   = wceq 1632  wcel 2139  wne 2932  wral 3050  wrex 3051  c0 4058   class class class wbr 4804  cfv 6049  (class class class)co 6813  Fincfn 8121  0cc0 10128  cle 10267  cn 11212  0cn0 11484  cz 11569  cexp 13054  chash 13311  cdvds 15182  cprime 15587   pCnt cpc 15743  Basecbs 16059  Grpcgrp 17623  odcod 18144   pGrp cpgp 18146
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1871  ax-4 1886  ax-5 1988  ax-6 2054  ax-7 2090  ax-8 2141  ax-9 2148  ax-10 2168  ax-11 2183  ax-12 2196  ax-13 2391  ax-ext 2740  ax-rep 4923  ax-sep 4933  ax-nul 4941  ax-pow 4992  ax-pr 5055  ax-un 7114  ax-inf2 8711  ax-cnex 10184  ax-resscn 10185  ax-1cn 10186  ax-icn 10187  ax-addcl 10188  ax-addrcl 10189  ax-mulcl 10190  ax-mulrcl 10191  ax-mulcom 10192  ax-addass 10193  ax-mulass 10194  ax-distr 10195  ax-i2m1 10196  ax-1ne0 10197  ax-1rid 10198  ax-rnegex 10199  ax-rrecex 10200  ax-cnre 10201  ax-pre-lttri 10202  ax-pre-lttrn 10203  ax-pre-ltadd 10204  ax-pre-mulgt0 10205  ax-pre-sup 10206
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1635  df-fal 1638  df-ex 1854  df-nf 1859  df-sb 2047  df-eu 2611  df-mo 2612  df-clab 2747  df-cleq 2753  df-clel 2756  df-nfc 2891  df-ne 2933  df-nel 3036  df-ral 3055  df-rex 3056  df-reu 3057  df-rmo 3058  df-rab 3059  df-v 3342  df-sbc 3577  df-csb 3675  df-dif 3718  df-un 3720  df-in 3722  df-ss 3729  df-pss 3731  df-nul 4059  df-if 4231  df-pw 4304  df-sn 4322  df-pr 4324  df-tp 4326  df-op 4328  df-uni 4589  df-int 4628  df-iun 4674  df-disj 4773  df-br 4805  df-opab 4865  df-mpt 4882  df-tr 4905  df-id 5174  df-eprel 5179  df-po 5187  df-so 5188  df-fr 5225  df-se 5226  df-we 5227  df-xp 5272  df-rel 5273  df-cnv 5274  df-co 5275  df-dm 5276  df-rn 5277  df-res 5278  df-ima 5279  df-pred 5841  df-ord 5887  df-on 5888  df-lim 5889  df-suc 5890  df-iota 6012  df-fun 6051  df-fn 6052  df-f 6053  df-f1 6054  df-fo 6055  df-f1o 6056  df-fv 6057  df-isom 6058  df-riota 6774  df-ov 6816  df-oprab 6817  df-mpt2 6818  df-om 7231  df-1st 7333  df-2nd 7334  df-wrecs 7576  df-recs 7637  df-rdg 7675  df-1o 7729  df-2o 7730  df-oadd 7733  df-omul 7734  df-er 7911  df-ec 7913  df-qs 7917  df-map 8025  df-en 8122  df-dom 8123  df-sdom 8124  df-fin 8125  df-sup 8513  df-inf 8514  df-oi 8580  df-card 8955  df-acn 8958  df-cda 9182  df-pnf 10268  df-mnf 10269  df-xr 10270  df-ltxr 10271  df-le 10272  df-sub 10460  df-neg 10461  df-div 10877  df-nn 11213  df-2 11271  df-3 11272  df-n0 11485  df-xnn0 11556  df-z 11570  df-uz 11880  df-q 11982  df-rp 12026  df-fz 12520  df-fzo 12660  df-fl 12787  df-mod 12863  df-seq 12996  df-exp 13055  df-fac 13255  df-bc 13284  df-hash 13312  df-cj 14038  df-re 14039  df-im 14040  df-sqrt 14174  df-abs 14175  df-clim 14418  df-sum 14616  df-dvds 15183  df-gcd 15419  df-prm 15588  df-pc 15744  df-ndx 16062  df-slot 16063  df-base 16065  df-sets 16066  df-ress 16067  df-plusg 16156  df-0g 16304  df-mgm 17443  df-sgrp 17485  df-mnd 17496  df-submnd 17537  df-grp 17626  df-minusg 17627  df-sbg 17628  df-mulg 17742  df-subg 17792  df-eqg 17794  df-ga 17923  df-od 18148  df-pgp 18150
This theorem is referenced by:  pgpfi2  18221  sylow2alem2  18233  slwhash  18239  fislw  18240
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