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Theorem eqgcpbl

Description: The subgroup coset equivalence relation is compatible with addition when the subgroup is normal. (Contributed by Mario Carneiro, 14-Jun-2015)

Ref Expression
Hypotheses eqger.x ⊢ X = Base G
eqger.r ⊢ ∼ ˙ = G ~ QG Y
eqgcpbl.p ⊢ + ˙ = + G
Assertion eqgcpbl ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G → A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → A + ˙ B ∼ ˙ C + ˙ D

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 eqger.x ⊢ X = Base G
2 eqger.r ⊢ ∼ ˙ = G ~ QG Y
3 eqgcpbl.p ⊢ + ˙ = + G
4 nsgsubg ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G → Y ∈ SubGrp ⁡ G
5 4 adantr ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → Y ∈ SubGrp ⁡ G
6 subgrcl ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → G ∈ Grp
7 5 6 syl ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → G ∈ Grp
8 simprl ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → A ∼ ˙ C
9 1 subgss ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → Y ⊆ X
10 5 9 syl ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → Y ⊆ X
11 eqid ⊢ inv g ⁡ G = inv g ⁡ G
12 1 11 3 2 eqgval ⊢ G ∈ Grp ∧ Y ⊆ X → A ∼ ˙ C ↔ A ∈ X ∧ C ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C ∈ Y
13 7 10 12 syl2anc ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → A ∼ ˙ C ↔ A ∈ X ∧ C ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C ∈ Y
14 8 13 mpbid ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → A ∈ X ∧ C ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C ∈ Y
15 14 simp1d ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → A ∈ X
16 simprr ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → B ∼ ˙ D
17 1 11 3 2 eqgval ⊢ G ∈ Grp ∧ Y ⊆ X → B ∼ ˙ D ↔ B ∈ X ∧ D ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ D ∈ Y
18 7 10 17 syl2anc ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → B ∼ ˙ D ↔ B ∈ X ∧ D ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ D ∈ Y
19 16 18 mpbid ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → B ∈ X ∧ D ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ D ∈ Y
20 19 simp1d ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → B ∈ X
21 1 3 grpcl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ B ∈ X → A + ˙ B ∈ X
22 7 15 20 21 syl3anc ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → A + ˙ B ∈ X
23 14 simp2d ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → C ∈ X
24 19 simp2d ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → D ∈ X
25 1 3 grpcl ⊢ G ∈ Grp ∧ C ∈ X ∧ D ∈ X → C + ˙ D ∈ X
26 7 23 24 25 syl3anc ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → C + ˙ D ∈ X
27 1 3 11 grpinvadd ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ B ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ B = inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ inv g ⁡ G ⁡ A
28 7 15 20 27 syl3anc ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ B = inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ inv g ⁡ G ⁡ A
29 28 oveq1d ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ B + ˙ C + ˙ D = inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D
30 1 11 grpinvcl ⊢ G ∈ Grp ∧ B ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ B ∈ X
31 7 20 30 syl2anc ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → inv g ⁡ G ⁡ B ∈ X
32 1 11 grpinvcl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A ∈ X
33 7 15 32 syl2anc ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → inv g ⁡ G ⁡ A ∈ X
34 1 3 grpass ⊢ G ∈ Grp ∧ inv g ⁡ G ⁡ B ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ A ∈ X ∧ C + ˙ D ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D = inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D
35 7 31 33 26 34 syl13anc ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D = inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D
36 29 35 eqtrd ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ B + ˙ C + ˙ D = inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D
37 1 3 grpass ⊢ G ∈ Grp ∧ inv g ⁡ G ⁡ A ∈ X ∧ C ∈ X ∧ D ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D = inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D
38 7 33 23 24 37 syl13anc ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D = inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D
39 38 oveq1d ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B = inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B
40 1 3 grpcl ⊢ G ∈ Grp ∧ inv g ⁡ G ⁡ A ∈ X ∧ C ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C ∈ X
41 7 33 23 40 syl3anc ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C ∈ X
42 1 3 grpass ⊢ G ∈ Grp ∧ inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C ∈ X ∧ D ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ B ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B = inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B
43 7 41 24 31 42 syl13anc ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B = inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B
44 39 43 eqtr3d ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B = inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B
45 14 simp3d ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C ∈ Y
46 19 simp3d ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ D ∈ Y
47 simpl ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → Y ∈ NrmSGrp ⁡ G
48 1 3 nsgbi ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ inv g ⁡ G ⁡ B ∈ X ∧ D ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ D ∈ Y ↔ D + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B ∈ Y
49 47 31 24 48 syl3anc ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ D ∈ Y ↔ D + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B ∈ Y
50 46 49 mpbid ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → D + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B ∈ Y
51 3 subgcl ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C ∈ Y ∧ D + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B ∈ Y → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B ∈ Y
52 5 45 50 51 syl3anc ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B ∈ Y
53 44 52 eqeltrd ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B ∈ Y
54 1 3 grpcl ⊢ G ∈ Grp ∧ inv g ⁡ G ⁡ A ∈ X ∧ C + ˙ D ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D ∈ X
55 7 33 26 54 syl3anc ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D ∈ X
56 1 3 nsgbi ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ B ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B ∈ Y ↔ inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D ∈ Y
57 47 55 31 56 syl3anc ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B ∈ Y ↔ inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D ∈ Y
58 53 57 mpbid ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ C + ˙ D ∈ Y
59 36 58 eqeltrd ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ B + ˙ C + ˙ D ∈ Y
60 1 11 3 2 eqgval ⊢ G ∈ Grp ∧ Y ⊆ X → A + ˙ B ∼ ˙ C + ˙ D ↔ A + ˙ B ∈ X ∧ C + ˙ D ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ B + ˙ C + ˙ D ∈ Y
61 7 10 60 syl2anc ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → A + ˙ B ∼ ˙ C + ˙ D ↔ A + ˙ B ∈ X ∧ C + ˙ D ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ B + ˙ C + ˙ D ∈ Y
62 22 26 59 61 mpbir3and ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G ∧ A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → A + ˙ B ∼ ˙ C + ˙ D
63 62 ex ⊢ Y ∈ NrmSGrp ⁡ G → A ∼ ˙ C ∧ B ∼ ˙ D → A + ˙ B ∼ ˙ C + ˙ D