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Theorem pgrpgt2nabl

Description: Every symmetric group on a set with more than 2 elements is not abelian, see also the remark in Rotman p. 28. (Contributed by AV, 21-Mar-2019)

Ref Expression
Hypothesis pgrple2abl.g ⊢ G = SymGrp ⁡ A
Assertion pgrpgt2nabl ⊢ A ∈ V ∧ 2 < A → G ∉ Abel

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pgrple2abl.g ⊢ G = SymGrp ⁡ A
2 eqid ⊢ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A = ran ⁡ pmTrsp ⁡ A
3 eqid ⊢ Base G = Base G
4 2 1 3 symgtrf ⊢ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A ⊆ Base G
5 hashcl ⊢ A ∈ Fin → A ∈ ℕ 0
6 2nn0 ⊢ 2 ∈ ℕ 0
7 nn0ltp1le ⊢ 2 ∈ ℕ 0 ∧ A ∈ ℕ 0 → 2 < A ↔ 2 + 1 ≤ A
8 6 7 mpan ⊢ A ∈ ℕ 0 → 2 < A ↔ 2 + 1 ≤ A
9 2p1e3 ⊢ 2 + 1 = 3
10 9 a1i ⊢ A ∈ ℕ 0 → 2 + 1 = 3
11 10 breq1d ⊢ A ∈ ℕ 0 → 2 + 1 ≤ A ↔ 3 ≤ A
12 8 11 bitrd ⊢ A ∈ ℕ 0 → 2 < A ↔ 3 ≤ A
13 12 biimpd ⊢ A ∈ ℕ 0 → 2 < A → 3 ≤ A
14 13 adantld ⊢ A ∈ ℕ 0 → A ∈ V ∧ 2 < A → 3 ≤ A
15 5 14 syl ⊢ A ∈ Fin → A ∈ V ∧ 2 < A → 3 ≤ A
16 3re ⊢ 3 ∈ ℝ
17 16 rexri ⊢ 3 ∈ ℝ *
18 pnfge ⊢ 3 ∈ ℝ * → 3 ≤ +∞
19 17 18 ax-mp ⊢ 3 ≤ +∞
20 hashinf ⊢ A ∈ V ∧ ¬ A ∈ Fin → A = +∞
21 19 20 breqtrrid ⊢ A ∈ V ∧ ¬ A ∈ Fin → 3 ≤ A
22 21 ex ⊢ A ∈ V → ¬ A ∈ Fin → 3 ≤ A
23 22 adantr ⊢ A ∈ V ∧ 2 < A → ¬ A ∈ Fin → 3 ≤ A
24 23 com12 ⊢ ¬ A ∈ Fin → A ∈ V ∧ 2 < A → 3 ≤ A
25 15 24 pm2.61i ⊢ A ∈ V ∧ 2 < A → 3 ≤ A
26 eqid ⊢ pmTrsp ⁡ A = pmTrsp ⁡ A
27 26 pmtr3ncom ⊢ A ∈ V ∧ 3 ≤ A → ∃ y ∈ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A ∃ x ∈ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A x ∘ y ≠ y ∘ x
28 rexcom ⊢ ∃ x ∈ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A ∃ y ∈ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A x ∘ y ≠ y ∘ x ↔ ∃ y ∈ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A ∃ x ∈ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A x ∘ y ≠ y ∘ x
29 27 28 sylibr ⊢ A ∈ V ∧ 3 ≤ A → ∃ x ∈ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A ∃ y ∈ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A x ∘ y ≠ y ∘ x
30 25 29 syldan ⊢ A ∈ V ∧ 2 < A → ∃ x ∈ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A ∃ y ∈ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A x ∘ y ≠ y ∘ x
31 ssrexv ⊢ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A ⊆ Base G → ∃ y ∈ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A x ∘ y ≠ y ∘ x → ∃ y ∈ Base G x ∘ y ≠ y ∘ x
32 31 reximdv ⊢ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A ⊆ Base G → ∃ x ∈ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A ∃ y ∈ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A x ∘ y ≠ y ∘ x → ∃ x ∈ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A ∃ y ∈ Base G x ∘ y ≠ y ∘ x
33 4 30 32 mpsyl ⊢ A ∈ V ∧ 2 < A → ∃ x ∈ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A ∃ y ∈ Base G x ∘ y ≠ y ∘ x
34 ssrexv ⊢ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A ⊆ Base G → ∃ x ∈ ran ⁡ pmTrsp ⁡ A ∃ y ∈ Base G x ∘ y ≠ y ∘ x → ∃ x ∈ Base G ∃ y ∈ Base G x ∘ y ≠ y ∘ x
35 4 33 34 mpsyl ⊢ A ∈ V ∧ 2 < A → ∃ x ∈ Base G ∃ y ∈ Base G x ∘ y ≠ y ∘ x
36 eqid ⊢ + G = + G
37 1 3 36 symgov ⊢ x ∈ Base G ∧ y ∈ Base G → x + G y = x ∘ y
38 37 adantl ⊢ A ∈ V ∧ 2 < A ∧ x ∈ Base G ∧ y ∈ Base G → x + G y = x ∘ y
39 pm3.22 ⊢ x ∈ Base G ∧ y ∈ Base G → y ∈ Base G ∧ x ∈ Base G
40 39 adantl ⊢ A ∈ V ∧ 2 < A ∧ x ∈ Base G ∧ y ∈ Base G → y ∈ Base G ∧ x ∈ Base G
41 1 3 36 symgov ⊢ y ∈ Base G ∧ x ∈ Base G → y + G x = y ∘ x
42 40 41 syl ⊢ A ∈ V ∧ 2 < A ∧ x ∈ Base G ∧ y ∈ Base G → y + G x = y ∘ x
43 38 42 neeq12d ⊢ A ∈ V ∧ 2 < A ∧ x ∈ Base G ∧ y ∈ Base G → x + G y ≠ y + G x ↔ x ∘ y ≠ y ∘ x
44 43 2rexbidva ⊢ A ∈ V ∧ 2 < A → ∃ x ∈ Base G ∃ y ∈ Base G x + G y ≠ y + G x ↔ ∃ x ∈ Base G ∃ y ∈ Base G x ∘ y ≠ y ∘ x
45 35 44 mpbird ⊢ A ∈ V ∧ 2 < A → ∃ x ∈ Base G ∃ y ∈ Base G x + G y ≠ y + G x
46 rexnal ⊢ ∃ x ∈ Base G ¬ ∀ y ∈ Base G x + G y = y + G x ↔ ¬ ∀ x ∈ Base G ∀ y ∈ Base G x + G y = y + G x
47 rexnal ⊢ ∃ y ∈ Base G ¬ x + G y = y + G x ↔ ¬ ∀ y ∈ Base G x + G y = y + G x
48 df-ne ⊢ x + G y ≠ y + G x ↔ ¬ x + G y = y + G x
49 48 bicomi ⊢ ¬ x + G y = y + G x ↔ x + G y ≠ y + G x
50 49 rexbii ⊢ ∃ y ∈ Base G ¬ x + G y = y + G x ↔ ∃ y ∈ Base G x + G y ≠ y + G x
51 47 50 bitr3i ⊢ ¬ ∀ y ∈ Base G x + G y = y + G x ↔ ∃ y ∈ Base G x + G y ≠ y + G x
52 51 rexbii ⊢ ∃ x ∈ Base G ¬ ∀ y ∈ Base G x + G y = y + G x ↔ ∃ x ∈ Base G ∃ y ∈ Base G x + G y ≠ y + G x
53 46 52 bitr3i ⊢ ¬ ∀ x ∈ Base G ∀ y ∈ Base G x + G y = y + G x ↔ ∃ x ∈ Base G ∃ y ∈ Base G x + G y ≠ y + G x
54 45 53 sylibr ⊢ A ∈ V ∧ 2 < A → ¬ ∀ x ∈ Base G ∀ y ∈ Base G x + G y = y + G x
55 54 intnand ⊢ A ∈ V ∧ 2 < A → ¬ G ∈ Mnd ∧ ∀ x ∈ Base G ∀ y ∈ Base G x + G y = y + G x
56 55 intnand ⊢ A ∈ V ∧ 2 < A → ¬ G ∈ Grp ∧ G ∈ Mnd ∧ ∀ x ∈ Base G ∀ y ∈ Base G x + G y = y + G x
57 df-nel ⊢ G ∉ Abel ↔ ¬ G ∈ Abel
58 isabl ⊢ G ∈ Abel ↔ G ∈ Grp ∧ G ∈ CMnd
59 3 36 iscmn ⊢ G ∈ CMnd ↔ G ∈ Mnd ∧ ∀ x ∈ Base G ∀ y ∈ Base G x + G y = y + G x
60 59 anbi2i ⊢ G ∈ Grp ∧ G ∈ CMnd ↔ G ∈ Grp ∧ G ∈ Mnd ∧ ∀ x ∈ Base G ∀ y ∈ Base G x + G y = y + G x
61 58 60 bitri ⊢ G ∈ Abel ↔ G ∈ Grp ∧ G ∈ Mnd ∧ ∀ x ∈ Base G ∀ y ∈ Base G x + G y = y + G x
62 57 61 xchbinx ⊢ G ∉ Abel ↔ ¬ G ∈ Grp ∧ G ∈ Mnd ∧ ∀ x ∈ Base G ∀ y ∈ Base G x + G y = y + G x
63 56 62 sylibr ⊢ A ∈ V ∧ 2 < A → G ∉ Abel