Metamath Proof Explorer


Theorem cyc3co2

Description: Represent a 3-cycle as a composition of two 2-cycles. (Contributed by Thierry Arnoux, 19-Sep-2023)

Ref Expression
Hypotheses cycpm3.c C = toCyc D
cycpm3.s S = SymGrp D
cycpm3.d φ D V
cycpm3.i φ I D
cycpm3.j φ J D
cycpm3.k φ K D
cycpm3.1 φ I J
cycpm3.2 φ J K
cycpm3.3 φ K I
cyc3co2.t · ˙ = + S
Assertion cyc3co2 φ C ⟨“ IJK ”⟩ = C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cycpm3.c C = toCyc D
2 cycpm3.s S = SymGrp D
3 cycpm3.d φ D V
4 cycpm3.i φ I D
5 cycpm3.j φ J D
6 cycpm3.k φ K D
7 cycpm3.1 φ I J
8 cycpm3.2 φ J K
9 cycpm3.3 φ K I
10 cyc3co2.t · ˙ = + S
11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 cycpm3cl φ C ⟨“ IJK ”⟩ Base S
12 eqid Base S = Base S
13 2 12 symgbasf C ⟨“ IJK ”⟩ Base S C ⟨“ IJK ”⟩ : D D
14 11 13 syl φ C ⟨“ IJK ”⟩ : D D
15 14 ffnd φ C ⟨“ IJK ”⟩ Fn D
16 2 symggrp D V S Grp
17 3 16 syl φ S Grp
18 9 necomd φ I K
19 1 3 4 6 18 2 cycpm2cl φ C ⟨“ IK ”⟩ Base S
20 1 3 4 5 7 2 cycpm2cl φ C ⟨“ IJ ”⟩ Base S
21 12 10 grpcl S Grp C ⟨“ IK ”⟩ Base S C ⟨“ IJ ”⟩ Base S C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ Base S
22 17 19 20 21 syl3anc φ C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ Base S
23 2 12 symgbasf C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ Base S C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ : D D
24 22 23 syl φ C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ : D D
25 24 ffnd φ C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ Fn D
26 1 2 3 4 5 6 7 8 9 cyc3fv1 φ C ⟨“ IJK ”⟩ I = J
27 26 adantr φ x = I C ⟨“ IJK ”⟩ I = J
28 simpr φ x = I x = I
29 28 fveq2d φ x = I C ⟨“ IJK ”⟩ x = C ⟨“ IJK ”⟩ I
30 2 12 10 symgov C ⟨“ IK ”⟩ Base S C ⟨“ IJ ”⟩ Base S C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ = C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩
31 19 20 30 syl2anc φ C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ = C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩
32 31 adantr φ x = I C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ = C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩
33 32 fveq1d φ x = I C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x
34 2 12 symgbasf C ⟨“ IJ ”⟩ Base S C ⟨“ IJ ”⟩ : D D
35 20 34 syl φ C ⟨“ IJ ”⟩ : D D
36 35 ffund φ Fun C ⟨“ IJ ”⟩
37 4 adantr φ x = I I D
38 34 fdmd C ⟨“ IJ ”⟩ Base S dom C ⟨“ IJ ”⟩ = D
39 20 38 syl φ dom C ⟨“ IJ ”⟩ = D
40 39 adantr φ x = I dom C ⟨“ IJ ”⟩ = D
41 37 28 40 3eltr4d φ x = I x dom C ⟨“ IJ ”⟩
42 fvco Fun C ⟨“ IJ ”⟩ x dom C ⟨“ IJ ”⟩ C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x
43 36 41 42 syl2an2r φ x = I C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x
44 28 fveq2d φ x = I C ⟨“ IJ ”⟩ x = C ⟨“ IJ ”⟩ I
45 1 3 4 5 7 2 cyc2fv1 φ C ⟨“ IJ ”⟩ I = J
46 45 adantr φ x = I C ⟨“ IJ ”⟩ I = J
47 44 46 eqtrd φ x = I C ⟨“ IJ ”⟩ x = J
48 47 fveq2d φ x = I C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ J
49 8 necomd φ K J
50 7 necomd φ J I
51 1 2 3 4 6 5 18 49 50 cyc2fvx φ C ⟨“ IK ”⟩ J = J
52 51 adantr φ x = I C ⟨“ IK ”⟩ J = J
53 43 48 52 3eqtrd φ x = I C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x = J
54 33 53 eqtrd φ x = I C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ x = J
55 27 29 54 3eqtr4d φ x = I C ⟨“ IJK ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ x
56 55 adantlr φ x I J K x = I C ⟨“ IJK ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ x
57 1 2 3 4 5 6 7 8 9 cyc3fv2 φ C ⟨“ IJK ”⟩ J = K
58 57 adantr φ x = J C ⟨“ IJK ”⟩ J = K
59 simpr φ x = J x = J
60 59 fveq2d φ x = J C ⟨“ IJK ”⟩ x = C ⟨“ IJK ”⟩ J
61 31 adantr φ x = J C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ = C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩
62 61 fveq1d φ x = J C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x
63 5 adantr φ x = J J D
64 39 adantr φ x = J dom C ⟨“ IJ ”⟩ = D
65 63 59 64 3eltr4d φ x = J x dom C ⟨“ IJ ”⟩
66 36 65 42 syl2an2r φ x = J C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x
67 59 fveq2d φ x = J C ⟨“ IJ ”⟩ x = C ⟨“ IJ ”⟩ J
68 1 3 4 5 7 2 cyc2fv2 φ C ⟨“ IJ ”⟩ J = I
69 68 adantr φ x = J C ⟨“ IJ ”⟩ J = I
70 67 69 eqtrd φ x = J C ⟨“ IJ ”⟩ x = I
71 70 fveq2d φ x = J C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ I
72 1 3 4 6 18 2 cyc2fv1 φ C ⟨“ IK ”⟩ I = K
73 72 adantr φ x = J C ⟨“ IK ”⟩ I = K
74 66 71 73 3eqtrd φ x = J C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x = K
75 62 74 eqtrd φ x = J C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ x = K
76 58 60 75 3eqtr4d φ x = J C ⟨“ IJK ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ x
77 76 adantlr φ x I J K x = J C ⟨“ IJK ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ x
78 1 2 3 4 5 6 7 8 9 cyc3fv3 φ C ⟨“ IJK ”⟩ K = I
79 78 adantr φ x = K C ⟨“ IJK ”⟩ K = I
80 simpr φ x = K x = K
81 80 fveq2d φ x = K C ⟨“ IJK ”⟩ x = C ⟨“ IJK ”⟩ K
82 31 adantr φ x = K C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ = C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩
83 82 fveq1d φ x = K C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x
84 6 adantr φ x = K K D
85 39 adantr φ x = K dom C ⟨“ IJ ”⟩ = D
86 84 80 85 3eltr4d φ x = K x dom C ⟨“ IJ ”⟩
87 36 86 42 syl2an2r φ x = K C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x
88 80 fveq2d φ x = K C ⟨“ IJ ”⟩ x = C ⟨“ IJ ”⟩ K
89 1 2 3 4 5 6 7 8 9 cyc2fvx φ C ⟨“ IJ ”⟩ K = K
90 89 adantr φ x = K C ⟨“ IJ ”⟩ K = K
91 88 90 eqtrd φ x = K C ⟨“ IJ ”⟩ x = K
92 91 fveq2d φ x = K C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ K
93 1 3 4 6 18 2 cyc2fv2 φ C ⟨“ IK ”⟩ K = I
94 93 adantr φ x = K C ⟨“ IK ”⟩ K = I
95 87 92 94 3eqtrd φ x = K C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x = I
96 83 95 eqtrd φ x = K C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ x = I
97 79 81 96 3eqtr4d φ x = K C ⟨“ IJK ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ x
98 97 adantlr φ x I J K x = K C ⟨“ IJK ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ x
99 eltpi x I J K x = I x = J x = K
100 99 adantl φ x I J K x = I x = J x = K
101 56 77 98 100 mpjao3dan φ x I J K C ⟨“ IJK ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ x
102 101 adantlr φ x D x I J K C ⟨“ IJK ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ x
103 35 adantr φ x D I J K C ⟨“ IJ ”⟩ : D D
104 103 ffund φ x D I J K Fun C ⟨“ IJ ”⟩
105 simpr φ x D I J K x D I J K
106 105 eldifad φ x D I J K x D
107 39 adantr φ x D I J K dom C ⟨“ IJ ”⟩ = D
108 106 107 eleqtrrd φ x D I J K x dom C ⟨“ IJ ”⟩
109 104 108 42 syl2anc φ x D I J K C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x
110 3 adantr φ x D I J K D V
111 4 5 s2cld φ ⟨“ IJ ”⟩ Word D
112 111 adantr φ x D I J K ⟨“ IJ ”⟩ Word D
113 4 5 7 s2f1 φ ⟨“ IJ ”⟩ : dom ⟨“ IJ ”⟩ 1-1 D
114 113 adantr φ x D I J K ⟨“ IJ ”⟩ : dom ⟨“ IJ ”⟩ 1-1 D
115 tpid1g I D I I J K
116 4 115 syl φ I I J K
117 tpid2g J D J I J K
118 5 117 syl φ J I J K
119 116 118 prssd φ I J I J K
120 4 5 s2rn φ ran ⟨“ IJ ”⟩ = I J
121 120 eqcomd φ I J = ran ⟨“ IJ ”⟩
122 4 5 6 s3rn φ ran ⟨“ IJK ”⟩ = I J K
123 122 eqcomd φ I J K = ran ⟨“ IJK ”⟩
124 119 121 123 3sstr3d φ ran ⟨“ IJ ”⟩ ran ⟨“ IJK ”⟩
125 124 adantr φ x D I J K ran ⟨“ IJ ”⟩ ran ⟨“ IJK ”⟩
126 105 eldifbd φ x D I J K ¬ x I J K
127 122 adantr φ x D I J K ran ⟨“ IJK ”⟩ = I J K
128 126 127 neleqtrrd φ x D I J K ¬ x ran ⟨“ IJK ”⟩
129 125 128 ssneldd φ x D I J K ¬ x ran ⟨“ IJ ”⟩
130 1 110 112 114 106 129 cycpmfv3 φ x D I J K C ⟨“ IJ ”⟩ x = x
131 130 fveq2d φ x D I J K C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ x
132 4 6 s2cld φ ⟨“ IK ”⟩ Word D
133 132 adantr φ x D I J K ⟨“ IK ”⟩ Word D
134 4 6 18 s2f1 φ ⟨“ IK ”⟩ : dom ⟨“ IK ”⟩ 1-1 D
135 134 adantr φ x D I J K ⟨“ IK ”⟩ : dom ⟨“ IK ”⟩ 1-1 D
136 tpid3g K D K I J K
137 6 136 syl φ K I J K
138 116 137 prssd φ I K I J K
139 138 adantr φ x D I J K I K I J K
140 4 6 s2rn φ ran ⟨“ IK ”⟩ = I K
141 140 eqcomd φ I K = ran ⟨“ IK ”⟩
142 141 adantr φ x D I J K I K = ran ⟨“ IK ”⟩
143 123 adantr φ x D I J K I J K = ran ⟨“ IJK ”⟩
144 139 142 143 3sstr3d φ x D I J K ran ⟨“ IK ”⟩ ran ⟨“ IJK ”⟩
145 144 128 ssneldd φ x D I J K ¬ x ran ⟨“ IK ”⟩
146 1 110 133 135 106 145 cycpmfv3 φ x D I J K C ⟨“ IK ”⟩ x = x
147 109 131 146 3eqtrd φ x D I J K C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x = x
148 31 adantr φ x D I J K C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ = C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩
149 148 fveq1d φ x D I J K C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ C ⟨“ IJ ”⟩ x
150 4 5 6 s3cld φ ⟨“ IJK ”⟩ Word D
151 150 adantr φ x D I J K ⟨“ IJK ”⟩ Word D
152 4 5 6 7 8 9 s3f1 φ ⟨“ IJK ”⟩ : dom ⟨“ IJK ”⟩ 1-1 D
153 152 adantr φ x D I J K ⟨“ IJK ”⟩ : dom ⟨“ IJK ”⟩ 1-1 D
154 1 110 151 153 106 128 cycpmfv3 φ x D I J K C ⟨“ IJK ”⟩ x = x
155 147 149 154 3eqtr4rd φ x D I J K C ⟨“ IJK ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ x
156 155 adantlr φ x D x D I J K C ⟨“ IJK ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ x
157 tpssi I D J D K D I J K D
158 4 5 6 157 syl3anc φ I J K D
159 undif I J K D I J K D I J K = D
160 158 159 sylib φ I J K D I J K = D
161 160 eleq2d φ x I J K D I J K x D
162 161 biimpar φ x D x I J K D I J K
163 elun x I J K D I J K x I J K x D I J K
164 162 163 sylib φ x D x I J K x D I J K
165 102 156 164 mpjaodan φ x D C ⟨“ IJK ”⟩ x = C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩ x
166 15 25 165 eqfnfvd φ C ⟨“ IJK ”⟩ = C ⟨“ IK ”⟩ · ˙ C ⟨“ IJ ”⟩