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Theorem lsmelvalm

Description: Subgroup sum membership analogue of lsmelval using vector subtraction. TODO: any way to shorten proof? (Contributed by NM, 16-Mar-2015) (Revised by Mario Carneiro, 19-Apr-2016)

Ref Expression
Hypotheses lsmelvalm.m ⊢ - ˙ = - G
lsmelvalm.p ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ G
lsmelvalm.t ⊢ φ → T ∈ SubGrp ⁡ G
lsmelvalm.u ⊢ φ → U ∈ SubGrp ⁡ G
Assertion lsmelvalm ⊢ φ → X ∈ T ⊕ ˙ U ↔ ∃ y ∈ T ∃ z ∈ U X = y - ˙ z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lsmelvalm.m ⊢ - ˙ = - G
2 lsmelvalm.p ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ G
3 lsmelvalm.t ⊢ φ → T ∈ SubGrp ⁡ G
4 lsmelvalm.u ⊢ φ → U ∈ SubGrp ⁡ G
5 eqid ⊢ + G = + G
6 5 2 lsmelval ⊢ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G → X ∈ T ⊕ ˙ U ↔ ∃ y ∈ T ∃ x ∈ U X = y + G x
7 3 4 6 syl2anc ⊢ φ → X ∈ T ⊕ ˙ U ↔ ∃ y ∈ T ∃ x ∈ U X = y + G x
8 4 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ T → U ∈ SubGrp ⁡ G
9 eqid ⊢ inv g ⁡ G = inv g ⁡ G
10 9 subginvcl ⊢ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ x ∈ U → inv g ⁡ G ⁡ x ∈ U
11 8 10 sylan ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ x ∈ U → inv g ⁡ G ⁡ x ∈ U
12 eqid ⊢ Base G = Base G
13 subgrcl ⊢ T ∈ SubGrp ⁡ G → G ∈ Grp
14 3 13 syl ⊢ φ → G ∈ Grp
15 14 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ x ∈ U → G ∈ Grp
16 12 subgss ⊢ T ∈ SubGrp ⁡ G → T ⊆ Base G
17 3 16 syl ⊢ φ → T ⊆ Base G
18 17 sselda ⊢ φ ∧ y ∈ T → y ∈ Base G
19 18 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ x ∈ U → y ∈ Base G
20 12 subgss ⊢ U ∈ SubGrp ⁡ G → U ⊆ Base G
21 8 20 syl ⊢ φ ∧ y ∈ T → U ⊆ Base G
22 21 sselda ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ x ∈ U → x ∈ Base G
23 12 5 1 9 15 19 22 grpsubinv ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ x ∈ U → y - ˙ inv g ⁡ G ⁡ x = y + G x
24 23 eqcomd ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ x ∈ U → y + G x = y - ˙ inv g ⁡ G ⁡ x
25 oveq2 ⊢ z = inv g ⁡ G ⁡ x → y - ˙ z = y - ˙ inv g ⁡ G ⁡ x
26 25 rspceeqv ⊢ inv g ⁡ G ⁡ x ∈ U ∧ y + G x = y - ˙ inv g ⁡ G ⁡ x → ∃ z ∈ U y + G x = y - ˙ z
27 11 24 26 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ x ∈ U → ∃ z ∈ U y + G x = y - ˙ z
28 eqeq1 ⊢ X = y + G x → X = y - ˙ z ↔ y + G x = y - ˙ z
29 28 rexbidv ⊢ X = y + G x → ∃ z ∈ U X = y - ˙ z ↔ ∃ z ∈ U y + G x = y - ˙ z
30 27 29 syl5ibrcom ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ x ∈ U → X = y + G x → ∃ z ∈ U X = y - ˙ z
31 30 rexlimdva ⊢ φ ∧ y ∈ T → ∃ x ∈ U X = y + G x → ∃ z ∈ U X = y - ˙ z
32 9 subginvcl ⊢ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ z ∈ U → inv g ⁡ G ⁡ z ∈ U
33 8 32 sylan ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → inv g ⁡ G ⁡ z ∈ U
34 18 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → y ∈ Base G
35 21 sselda ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → z ∈ Base G
36 12 5 9 1 grpsubval ⊢ y ∈ Base G ∧ z ∈ Base G → y - ˙ z = y + G inv g ⁡ G ⁡ z
37 34 35 36 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → y - ˙ z = y + G inv g ⁡ G ⁡ z
38 oveq2 ⊢ x = inv g ⁡ G ⁡ z → y + G x = y + G inv g ⁡ G ⁡ z
39 38 rspceeqv ⊢ inv g ⁡ G ⁡ z ∈ U ∧ y - ˙ z = y + G inv g ⁡ G ⁡ z → ∃ x ∈ U y - ˙ z = y + G x
40 33 37 39 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → ∃ x ∈ U y - ˙ z = y + G x
41 eqeq1 ⊢ X = y - ˙ z → X = y + G x ↔ y - ˙ z = y + G x
42 41 rexbidv ⊢ X = y - ˙ z → ∃ x ∈ U X = y + G x ↔ ∃ x ∈ U y - ˙ z = y + G x
43 40 42 syl5ibrcom ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → X = y - ˙ z → ∃ x ∈ U X = y + G x
44 43 rexlimdva ⊢ φ ∧ y ∈ T → ∃ z ∈ U X = y - ˙ z → ∃ x ∈ U X = y + G x
45 31 44 impbid ⊢ φ ∧ y ∈ T → ∃ x ∈ U X = y + G x ↔ ∃ z ∈ U X = y - ˙ z
46 45 rexbidva ⊢ φ → ∃ y ∈ T ∃ x ∈ U X = y + G x ↔ ∃ y ∈ T ∃ z ∈ U X = y - ˙ z
47 7 46 bitrd ⊢ φ → X ∈ T ⊕ ˙ U ↔ ∃ y ∈ T ∃ z ∈ U X = y - ˙ z