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Theorem eqgid

Description: The left coset containing the identity is the original subgroup. (Contributed by Mario Carneiro, 20-Sep-2015)

Ref Expression
Hypotheses eqger.x ⊢ X = Base G
eqger.r ⊢ ∼ ˙ = G ~ QG Y
eqgid.3 ⊢ 0 ˙ = 0 G
Assertion eqgid ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → 0 ˙ ∼ ˙ = Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 eqger.x ⊢ X = Base G
2 eqger.r ⊢ ∼ ˙ = G ~ QG Y
3 eqgid.3 ⊢ 0 ˙ = 0 G
4 2 releqg ⊢ Rel ⁡ ∼ ˙
5 relelec ⊢ Rel ⁡ ∼ ˙ → x ∈ 0 ˙ ∼ ˙ ↔ 0 ˙ ∼ ˙ x
6 4 5 ax-mp ⊢ x ∈ 0 ˙ ∼ ˙ ↔ 0 ˙ ∼ ˙ x
7 subgrcl ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → G ∈ Grp
8 7 adantr ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∈ X → G ∈ Grp
9 eqid ⊢ inv g ⁡ G = inv g ⁡ G
10 3 9 grpinvid ⊢ G ∈ Grp → inv g ⁡ G ⁡ 0 ˙ = 0 ˙
11 8 10 syl ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ 0 ˙ = 0 ˙
12 11 oveq1d ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ 0 ˙ + G x = 0 ˙ + G x
13 eqid ⊢ + G = + G
14 1 13 3 grplid ⊢ G ∈ Grp ∧ x ∈ X → 0 ˙ + G x = x
15 7 14 sylan ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∈ X → 0 ˙ + G x = x
16 12 15 eqtrd ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ 0 ˙ + G x = x
17 16 eleq1d ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ 0 ˙ + G x ∈ Y ↔ x ∈ Y
18 17 pm5.32da ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → x ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ 0 ˙ + G x ∈ Y ↔ x ∈ X ∧ x ∈ Y
19 1 subgss ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → Y ⊆ X
20 1 3 grpidcl ⊢ G ∈ Grp → 0 ˙ ∈ X
21 7 20 syl ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → 0 ˙ ∈ X
22 1 9 13 2 eqgval ⊢ G ∈ Grp ∧ Y ⊆ X → 0 ˙ ∼ ˙ x ↔ 0 ˙ ∈ X ∧ x ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ 0 ˙ + G x ∈ Y
23 3anass ⊢ 0 ˙ ∈ X ∧ x ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ 0 ˙ + G x ∈ Y ↔ 0 ˙ ∈ X ∧ x ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ 0 ˙ + G x ∈ Y
24 22 23 bitrdi ⊢ G ∈ Grp ∧ Y ⊆ X → 0 ˙ ∼ ˙ x ↔ 0 ˙ ∈ X ∧ x ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ 0 ˙ + G x ∈ Y
25 24 baibd ⊢ G ∈ Grp ∧ Y ⊆ X ∧ 0 ˙ ∈ X → 0 ˙ ∼ ˙ x ↔ x ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ 0 ˙ + G x ∈ Y
26 7 19 21 25 syl21anc ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → 0 ˙ ∼ ˙ x ↔ x ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ 0 ˙ + G x ∈ Y
27 19 sseld ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → x ∈ Y → x ∈ X
28 27 pm4.71rd ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → x ∈ Y ↔ x ∈ X ∧ x ∈ Y
29 18 26 28 3bitr4d ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → 0 ˙ ∼ ˙ x ↔ x ∈ Y
30 6 29 bitrid ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → x ∈ 0 ˙ ∼ ˙ ↔ x ∈ Y
31 30 eqrdv ⊢ Y ∈ SubGrp ⁡ G → 0 ˙ ∼ ˙ = Y