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Theorem eqger

Description: The subgroup coset equivalence relation is an equivalence relation. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Jan-2015)

Ref Expression
Hypotheses eqger.x ⊢ X = Base G
eqger.r ⊢ ∼ ˙ = G ~ QG Y
Assertion eqger ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → ∼ ˙ Er X

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 eqger.x ⊢ X = Base G
2 eqger.r ⊢ ∼ ˙ = G ~ QG Y
3 2 releqg ⊢ Rel ⁡ ∼ ˙
4 3 a1i ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → Rel ⁡ ∼ ˙
5 subgrcl ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → G ∈ Grp
6 1 subgss ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → Y ⊆ X
7 eqid ⊢ inv g ⁡ G = inv g ⁡ G
8 eqid ⊢ + G = + G
9 1 7 8 2 eqgval ⊢ G ∈ Grp ∧ Y ⊆ X → x ∼ ˙ y ↔ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ x + G y ∈ Y
10 5 6 9 syl2anc ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → x ∼ ˙ y ↔ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ x + G y ∈ Y
11 10 biimpa ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y → x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ x + G y ∈ Y
12 11 simp2d ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y → y ∈ X
13 11 simp1d ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y → x ∈ X
14 5 adantr ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y → G ∈ Grp
15 1 7 14 13 grpinvcld ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y → inv g ⁡ G ⁡ x ∈ X
16 1 8 7 grpinvadd ⊢ G ∈ Grp ∧ inv g ⁡ G ⁡ x ∈ X ∧ y ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ inv g ⁡ G ⁡ x + G y = inv g ⁡ G ⁡ y + G inv g ⁡ G ⁡ inv g ⁡ G ⁡ x
17 14 15 12 16 syl3anc ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y → inv g ⁡ G ⁡ inv g ⁡ G ⁡ x + G y = inv g ⁡ G ⁡ y + G inv g ⁡ G ⁡ inv g ⁡ G ⁡ x
18 1 7 grpinvinv ⊢ G ∈ Grp ∧ x ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ inv g ⁡ G ⁡ x = x
19 14 13 18 syl2anc ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y → inv g ⁡ G ⁡ inv g ⁡ G ⁡ x = x
20 19 oveq2d ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y → inv g ⁡ G ⁡ y + G inv g ⁡ G ⁡ inv g ⁡ G ⁡ x = inv g ⁡ G ⁡ y + G x
21 17 20 eqtrd ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y → inv g ⁡ G ⁡ inv g ⁡ G ⁡ x + G y = inv g ⁡ G ⁡ y + G x
22 11 simp3d ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y → inv g ⁡ G ⁡ x + G y ∈ Y
23 7 subginvcl ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ inv g ⁡ G ⁡ x + G y ∈ Y → inv g ⁡ G ⁡ inv g ⁡ G ⁡ x + G y ∈ Y
24 22 23 syldan ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y → inv g ⁡ G ⁡ inv g ⁡ G ⁡ x + G y ∈ Y
25 21 24 eqeltrrd ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y → inv g ⁡ G ⁡ y + G x ∈ Y
26 6 adantr ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y → Y ⊆ X
27 1 7 8 2 eqgval ⊢ G ∈ Grp ∧ Y ⊆ X → y ∼ ˙ x ↔ y ∈ X ∧ x ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ y + G x ∈ Y
28 14 26 27 syl2anc ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y → y ∼ ˙ x ↔ y ∈ X ∧ x ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ y + G x ∈ Y
29 12 13 25 28 mpbir3and ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y → y ∼ ˙ x
30 13 adantrr ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → x ∈ X
31 1 7 8 2 eqgval ⊢ G ∈ Grp ∧ Y ⊆ X → y ∼ ˙ z ↔ y ∈ X ∧ z ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ y + G z ∈ Y
32 5 6 31 syl2anc ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → y ∼ ˙ z ↔ y ∈ X ∧ z ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ y + G z ∈ Y
33 32 biimpa ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ y ∼ ˙ z → y ∈ X ∧ z ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ y + G z ∈ Y
34 33 adantrl ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → y ∈ X ∧ z ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ y + G z ∈ Y
35 34 simp2d ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → z ∈ X
36 5 adantr ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → G ∈ Grp
37 1 7 36 30 grpinvcld ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → inv g ⁡ G ⁡ x ∈ X
38 12 adantrr ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → y ∈ X
39 1 7 36 38 grpinvcld ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → inv g ⁡ G ⁡ y ∈ X
40 1 8 36 39 35 grpcld ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → inv g ⁡ G ⁡ y + G z ∈ X
41 1 8 36 37 38 40 grpassd ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → inv g ⁡ G ⁡ x + G y + G inv g ⁡ G ⁡ y + G z = inv g ⁡ G ⁡ x + G y + G inv g ⁡ G ⁡ y + G z
42 eqid ⊢ 0 G = 0 G
43 1 8 42 7 grprinv ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ X → y + G inv g ⁡ G ⁡ y = 0 G
44 36 38 43 syl2anc ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → y + G inv g ⁡ G ⁡ y = 0 G
45 44 oveq1d ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → y + G inv g ⁡ G ⁡ y + G z = 0 G + G z
46 1 8 36 38 39 35 grpassd ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → y + G inv g ⁡ G ⁡ y + G z = y + G inv g ⁡ G ⁡ y + G z
47 1 8 42 36 35 grplidd ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → 0 G + G z = z
48 45 46 47 3eqtr3d ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → y + G inv g ⁡ G ⁡ y + G z = z
49 48 oveq2d ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → inv g ⁡ G ⁡ x + G y + G inv g ⁡ G ⁡ y + G z = inv g ⁡ G ⁡ x + G z
50 41 49 eqtrd ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → inv g ⁡ G ⁡ x + G y + G inv g ⁡ G ⁡ y + G z = inv g ⁡ G ⁡ x + G z
51 simpl ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → Y ∈ SubGrp ⁡ G
52 22 adantrr ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → inv g ⁡ G ⁡ x + G y ∈ Y
53 34 simp3d ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → inv g ⁡ G ⁡ y + G z ∈ Y
54 8 subgcl ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ inv g ⁡ G ⁡ x + G y ∈ Y ∧ inv g ⁡ G ⁡ y + G z ∈ Y → inv g ⁡ G ⁡ x + G y + G inv g ⁡ G ⁡ y + G z ∈ Y
55 51 52 53 54 syl3anc ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → inv g ⁡ G ⁡ x + G y + G inv g ⁡ G ⁡ y + G z ∈ Y
56 50 55 eqeltrrd ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → inv g ⁡ G ⁡ x + G z ∈ Y
57 6 adantr ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → Y ⊆ X
58 1 7 8 2 eqgval ⊢ G ∈ Grp ∧ Y ⊆ X → x ∼ ˙ z ↔ x ∈ X ∧ z ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ x + G z ∈ Y
59 36 57 58 syl2anc ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → x ∼ ˙ z ↔ x ∈ X ∧ z ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ x + G z ∈ Y
60 30 35 56 59 mpbir3and ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∼ ˙ y ∧ y ∼ ˙ z → x ∼ ˙ z
61 1 8 42 7 grplinv ⊢ G ∈ Grp ∧ x ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ x + G x = 0 G
62 5 61 sylan ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ x + G x = 0 G
63 42 subg0cl ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → 0 G ∈ Y
64 63 adantr ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∈ X → 0 G ∈ Y
65 62 64 eqeltrd ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ x + G x ∈ Y
66 65 ex ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → x ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ x + G x ∈ Y
67 66 pm4.71rd ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → x ∈ X ↔ inv g ⁡ G ⁡ x + G x ∈ Y ∧ x ∈ X
68 1 7 8 2 eqgval ⊢ G ∈ Grp ∧ Y ⊆ X → x ∼ ˙ x ↔ x ∈ X ∧ x ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ x + G x ∈ Y
69 5 6 68 syl2anc ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → x ∼ ˙ x ↔ x ∈ X ∧ x ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ x + G x ∈ Y
70 df-3an ⊢ x ∈ X ∧ x ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ x + G x ∈ Y ↔ x ∈ X ∧ x ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ x + G x ∈ Y
71 anidm ⊢ x ∈ X ∧ x ∈ X ↔ x ∈ X
72 71 anbi2ci ⊢ x ∈ X ∧ x ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ x + G x ∈ Y ↔ inv g ⁡ G ⁡ x + G x ∈ Y ∧ x ∈ X
73 70 72 bitri ⊢ x ∈ X ∧ x ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ x + G x ∈ Y ↔ inv g ⁡ G ⁡ x + G x ∈ Y ∧ x ∈ X
74 69 73 bitrdi ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → x ∼ ˙ x ↔ inv g ⁡ G ⁡ x + G x ∈ Y ∧ x ∈ X
75 67 74 bitr4d ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → x ∈ X ↔ x ∼ ˙ x
76 4 29 60 75 iserd ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → ∼ ˙ Er X