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Theorem lsmmod

Description: The modular law holds for subgroup sum. Similar to part of Theorem 16.9 of MaedaMaeda p. 70. (Contributed by NM, 2-Apr-2014) (Revised by Mario Carneiro, 19-Apr-2016)

Ref Expression
Hypothesis lsmmod.p ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ G
Assertion lsmmod ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U → S ⊕ ˙ T ∩ U = S ⊕ ˙ T ∩ U

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lsmmod.p ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ G
2 simpl1 ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U → S ∈ SubGrp ⁡ G
3 simpl2 ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U → T ∈ SubGrp ⁡ G
4 inss1 ⊢ T ∩ U ⊆ T
5 4 a1i ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U → T ∩ U ⊆ T
6 1 lsmless2 ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∩ U ⊆ T → S ⊕ ˙ T ∩ U ⊆ S ⊕ ˙ T
7 2 3 5 6 syl3anc ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U → S ⊕ ˙ T ∩ U ⊆ S ⊕ ˙ T
8 simpr ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U → S ⊆ U
9 inss2 ⊢ T ∩ U ⊆ U
10 9 a1i ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U → T ∩ U ⊆ U
11 subgrcl ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G → G ∈ Grp
12 eqid ⊢ Base G = Base G
13 12 subgacs ⊢ G ∈ Grp → SubGrp ⁡ G ∈ ACS ⁡ Base G
14 acsmre ⊢ SubGrp ⁡ G ∈ ACS ⁡ Base G → SubGrp ⁡ G ∈ Moore ⁡ Base G
15 2 11 13 14 4syl ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U → SubGrp ⁡ G ∈ Moore ⁡ Base G
16 simpl3 ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U → U ∈ SubGrp ⁡ G
17 mreincl ⊢ SubGrp ⁡ G ∈ Moore ⁡ Base G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G → T ∩ U ∈ SubGrp ⁡ G
18 15 3 16 17 syl3anc ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U → T ∩ U ∈ SubGrp ⁡ G
19 1 lsmlub ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∩ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G → S ⊆ U ∧ T ∩ U ⊆ U ↔ S ⊕ ˙ T ∩ U ⊆ U
20 2 18 16 19 syl3anc ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U → S ⊆ U ∧ T ∩ U ⊆ U ↔ S ⊕ ˙ T ∩ U ⊆ U
21 8 10 20 mpbi2and ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U → S ⊕ ˙ T ∩ U ⊆ U
22 7 21 ssind ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U → S ⊕ ˙ T ∩ U ⊆ S ⊕ ˙ T ∩ U
23 elin ⊢ x ∈ S ⊕ ˙ T ∩ U ↔ x ∈ S ⊕ ˙ T ∧ x ∈ U
24 eqid ⊢ + G = + G
25 24 1 lsmelval ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G → x ∈ S ⊕ ˙ T ↔ ∃ y ∈ S ∃ z ∈ T x = y + G z
26 2 3 25 syl2anc ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U → x ∈ S ⊕ ˙ T ↔ ∃ y ∈ S ∃ z ∈ T x = y + G z
27 2 adantr ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → S ∈ SubGrp ⁡ G
28 18 adantr ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → T ∩ U ∈ SubGrp ⁡ G
29 simprll ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → y ∈ S
30 simprlr ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → z ∈ T
31 27 11 syl ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → G ∈ Grp
32 16 adantr ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → U ∈ SubGrp ⁡ G
33 12 subgss ⊢ U ∈ SubGrp ⁡ G → U ⊆ Base G
34 32 33 syl ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → U ⊆ Base G
35 8 adantr ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → S ⊆ U
36 35 29 sseldd ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → y ∈ U
37 34 36 sseldd ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → y ∈ Base G
38 eqid ⊢ 0 G = 0 G
39 eqid ⊢ inv g ⁡ G = inv g ⁡ G
40 12 24 38 39 grplinv ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ Base G → inv g ⁡ G ⁡ y + G y = 0 G
41 31 37 40 syl2anc ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → inv g ⁡ G ⁡ y + G y = 0 G
42 41 oveq1d ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → inv g ⁡ G ⁡ y + G y + G z = 0 G + G z
43 39 subginvcl ⊢ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ y ∈ U → inv g ⁡ G ⁡ y ∈ U
44 32 36 43 syl2anc ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → inv g ⁡ G ⁡ y ∈ U
45 34 44 sseldd ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → inv g ⁡ G ⁡ y ∈ Base G
46 simpll2 ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → T ∈ SubGrp ⁡ G
47 12 subgss ⊢ T ∈ SubGrp ⁡ G → T ⊆ Base G
48 46 47 syl ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → T ⊆ Base G
49 48 30 sseldd ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → z ∈ Base G
50 12 24 grpass ⊢ G ∈ Grp ∧ inv g ⁡ G ⁡ y ∈ Base G ∧ y ∈ Base G ∧ z ∈ Base G → inv g ⁡ G ⁡ y + G y + G z = inv g ⁡ G ⁡ y + G y + G z
51 31 45 37 49 50 syl13anc ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → inv g ⁡ G ⁡ y + G y + G z = inv g ⁡ G ⁡ y + G y + G z
52 12 24 38 grplid ⊢ G ∈ Grp ∧ z ∈ Base G → 0 G + G z = z
53 31 49 52 syl2anc ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → 0 G + G z = z
54 42 51 53 3eqtr3d ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → inv g ⁡ G ⁡ y + G y + G z = z
55 simprr ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → y + G z ∈ U
56 24 subgcl ⊢ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ inv g ⁡ G ⁡ y ∈ U ∧ y + G z ∈ U → inv g ⁡ G ⁡ y + G y + G z ∈ U
57 32 44 55 56 syl3anc ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → inv g ⁡ G ⁡ y + G y + G z ∈ U
58 54 57 eqeltrrd ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → z ∈ U
59 30 58 elind ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → z ∈ T ∩ U
60 24 1 lsmelvali ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∩ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∩ U → y + G z ∈ S ⊕ ˙ T ∩ U
61 27 28 29 59 60 syl22anc ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T ∧ y + G z ∈ U → y + G z ∈ S ⊕ ˙ T ∩ U
62 61 expr ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T → y + G z ∈ U → y + G z ∈ S ⊕ ˙ T ∩ U
63 eleq1 ⊢ x = y + G z → x ∈ U ↔ y + G z ∈ U
64 eleq1 ⊢ x = y + G z → x ∈ S ⊕ ˙ T ∩ U ↔ y + G z ∈ S ⊕ ˙ T ∩ U
65 63 64 imbi12d ⊢ x = y + G z → x ∈ U → x ∈ S ⊕ ˙ T ∩ U ↔ y + G z ∈ U → y + G z ∈ S ⊕ ˙ T ∩ U
66 62 65 syl5ibrcom ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U ∧ y ∈ S ∧ z ∈ T → x = y + G z → x ∈ U → x ∈ S ⊕ ˙ T ∩ U
67 66 rexlimdvva ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U → ∃ y ∈ S ∃ z ∈ T x = y + G z → x ∈ U → x ∈ S ⊕ ˙ T ∩ U
68 26 67 sylbid ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U → x ∈ S ⊕ ˙ T → x ∈ U → x ∈ S ⊕ ˙ T ∩ U
69 68 impd ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U → x ∈ S ⊕ ˙ T ∧ x ∈ U → x ∈ S ⊕ ˙ T ∩ U
70 23 69 biimtrid ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U → x ∈ S ⊕ ˙ T ∩ U → x ∈ S ⊕ ˙ T ∩ U
71 70 ssrdv ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U → S ⊕ ˙ T ∩ U ⊆ S ⊕ ˙ T ∩ U
72 22 71 eqssd ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ T ∈ SubGrp ⁡ G ∧ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ⊆ U → S ⊕ ˙ T ∩ U = S ⊕ ˙ T ∩ U