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Theorem pi1grplem

Description: Lemma for pi1grp . (Contributed by Jeff Madsen, 11-Jun-2010) (Revised by Mario Carneiro, 10-Aug-2015)

Ref Expression
Hypotheses pi1fval.g ⊢ G = J π 1 Y
pi1fval.b ⊢ B = Base G
pi1fval.3 ⊢ φ → J ∈ TopOn ⁡ X
pi1fval.4 ⊢ φ → Y ∈ X
pi1grplem.z ⊢ 0 ˙ = 0 1 × Y
Assertion pi1grplem ⊢ φ → G ∈ Grp ∧ 0 ˙ ≃ ph ⁡ J = 0 G

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pi1fval.g ⊢ G = J π 1 Y
2 pi1fval.b ⊢ B = Base G
3 pi1fval.3 ⊢ φ → J ∈ TopOn ⁡ X
4 pi1fval.4 ⊢ φ → Y ∈ X
5 pi1grplem.z ⊢ 0 ˙ = 0 1 × Y
6 eqid ⊢ J Ω 1 Y = J Ω 1 Y
7 1 3 4 6 pi1val ⊢ φ → G = J Ω 1 Y / 𝑠 ≃ ph ⁡ J
8 2 a1i ⊢ φ → B = Base G
9 eqidd ⊢ φ → Base J Ω 1 Y = Base J Ω 1 Y
10 1 3 4 6 8 9 pi1buni ⊢ φ → ⋃ B = Base J Ω 1 Y
11 fvexd ⊢ φ → ≃ ph ⁡ J ∈ V
12 ovexd ⊢ φ → J Ω 1 Y ∈ V
13 1 3 4 6 8 10 pi1blem ⊢ φ → ≃ ph ⁡ J ⋃ B ⊆ ⋃ B ∧ ⋃ B ⊆ II Cn J
14 13 simpld ⊢ φ → ≃ ph ⁡ J ⋃ B ⊆ ⋃ B
15 7 10 11 12 14 qusin ⊢ φ → G = J Ω 1 Y / 𝑠 ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B
16 6 3 4 om1plusg ⊢ φ → * 𝑝 ⁡ J = + J Ω 1 Y
17 phtpcer ⊢ ≃ ph ⁡ J Er II Cn J
18 17 a1i ⊢ φ → ≃ ph ⁡ J Er II Cn J
19 13 simprd ⊢ φ → ⋃ B ⊆ II Cn J
20 18 19 erinxp ⊢ φ → ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B Er ⋃ B
21 eqid ⊢ ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B = ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B
22 eqid ⊢ + J Ω 1 Y = + J Ω 1 Y
23 1 3 4 8 21 6 22 pi1cpbl ⊢ φ → a ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B c ∧ b ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B d → a + J Ω 1 Y b ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B c + J Ω 1 Y d
24 16 oveqd ⊢ φ → a * 𝑝 ⁡ J b = a + J Ω 1 Y b
25 16 oveqd ⊢ φ → c * 𝑝 ⁡ J d = c + J Ω 1 Y d
26 24 25 breq12d ⊢ φ → a * 𝑝 ⁡ J b ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B c * 𝑝 ⁡ J d ↔ a + J Ω 1 Y b ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B c + J Ω 1 Y d
27 23 26 sylibrd ⊢ φ → a ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B c ∧ b ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B d → a * 𝑝 ⁡ J b ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B c * 𝑝 ⁡ J d
28 3 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B → J ∈ TopOn ⁡ X
29 4 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B → Y ∈ X
30 10 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B → ⋃ B = Base J Ω 1 Y
31 simp2 ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B → x ∈ ⋃ B
32 simp3 ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B → y ∈ ⋃ B
33 6 28 29 30 31 32 om1addcl ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B → x * 𝑝 ⁡ J y ∈ ⋃ B
34 3 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → J ∈ TopOn ⁡ X
35 4 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → Y ∈ X
36 10 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → ⋃ B = Base J Ω 1 Y
37 33 3adant3r3 ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → x * 𝑝 ⁡ J y ∈ ⋃ B
38 simpr3 ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → z ∈ ⋃ B
39 6 34 35 36 37 38 om1addcl ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → x * 𝑝 ⁡ J y * 𝑝 ⁡ J z ∈ ⋃ B
40 simpr1 ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → x ∈ ⋃ B
41 simpr2 ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → y ∈ ⋃ B
42 6 34 35 36 41 38 om1addcl ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → y * 𝑝 ⁡ J z ∈ ⋃ B
43 6 34 35 36 40 42 om1addcl ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → x * 𝑝 ⁡ J y * 𝑝 ⁡ J z ∈ ⋃ B
44 1 3 4 8 pi1eluni ⊢ φ → x ∈ ⋃ B ↔ x ∈ II Cn J ∧ x ⁡ 0 = Y ∧ x ⁡ 1 = Y
45 44 biimpa ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → x ∈ II Cn J ∧ x ⁡ 0 = Y ∧ x ⁡ 1 = Y
46 45 3ad2antr1 ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → x ∈ II Cn J ∧ x ⁡ 0 = Y ∧ x ⁡ 1 = Y
47 46 simp1d ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → x ∈ II Cn J
48 2 a1i ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → B = Base G
49 1 34 35 48 pi1eluni ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → y ∈ ⋃ B ↔ y ∈ II Cn J ∧ y ⁡ 0 = Y ∧ y ⁡ 1 = Y
50 41 49 mpbid ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → y ∈ II Cn J ∧ y ⁡ 0 = Y ∧ y ⁡ 1 = Y
51 50 simp1d ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → y ∈ II Cn J
52 1 34 35 48 pi1eluni ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → z ∈ ⋃ B ↔ z ∈ II Cn J ∧ z ⁡ 0 = Y ∧ z ⁡ 1 = Y
53 38 52 mpbid ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → z ∈ II Cn J ∧ z ⁡ 0 = Y ∧ z ⁡ 1 = Y
54 53 simp1d ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → z ∈ II Cn J
55 46 simp3d ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → x ⁡ 1 = Y
56 50 simp2d ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → y ⁡ 0 = Y
57 55 56 eqtr4d ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → x ⁡ 1 = y ⁡ 0
58 50 simp3d ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → y ⁡ 1 = Y
59 53 simp2d ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → z ⁡ 0 = Y
60 58 59 eqtr4d ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → y ⁡ 1 = z ⁡ 0
61 eqid ⊢ u ∈ 0 1 ⟼ if u ≤ 1 2 if u ≤ 1 4 2 ⁢ u u + 1 4 u 2 + 1 2 = u ∈ 0 1 ⟼ if u ≤ 1 2 if u ≤ 1 4 2 ⁢ u u + 1 4 u 2 + 1 2
62 47 51 54 57 60 61 pcoass ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → x * 𝑝 ⁡ J y * 𝑝 ⁡ J z ≃ ph ⁡ J x * 𝑝 ⁡ J y * 𝑝 ⁡ J z
63 brinxp2 ⊢ x * 𝑝 ⁡ J y * 𝑝 ⁡ J z ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B x * 𝑝 ⁡ J y * 𝑝 ⁡ J z ↔ x * 𝑝 ⁡ J y * 𝑝 ⁡ J z ∈ ⋃ B ∧ x * 𝑝 ⁡ J y * 𝑝 ⁡ J z ∈ ⋃ B ∧ x * 𝑝 ⁡ J y * 𝑝 ⁡ J z ≃ ph ⁡ J x * 𝑝 ⁡ J y * 𝑝 ⁡ J z
64 39 43 62 63 syl21anbrc ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B ∧ y ∈ ⋃ B ∧ z ∈ ⋃ B → x * 𝑝 ⁡ J y * 𝑝 ⁡ J z ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B x * 𝑝 ⁡ J y * 𝑝 ⁡ J z
65 5 pcoptcl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ Y ∈ X → 0 ˙ ∈ II Cn J ∧ 0 ˙ ⁡ 0 = Y ∧ 0 ˙ ⁡ 1 = Y
66 3 4 65 syl2anc ⊢ φ → 0 ˙ ∈ II Cn J ∧ 0 ˙ ⁡ 0 = Y ∧ 0 ˙ ⁡ 1 = Y
67 1 3 4 8 pi1eluni ⊢ φ → 0 ˙ ∈ ⋃ B ↔ 0 ˙ ∈ II Cn J ∧ 0 ˙ ⁡ 0 = Y ∧ 0 ˙ ⁡ 1 = Y
68 66 67 mpbird ⊢ φ → 0 ˙ ∈ ⋃ B
69 3 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → J ∈ TopOn ⁡ X
70 4 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → Y ∈ X
71 10 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → ⋃ B = Base J Ω 1 Y
72 68 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → 0 ˙ ∈ ⋃ B
73 simpr ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → x ∈ ⋃ B
74 6 69 70 71 72 73 om1addcl ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → 0 ˙ * 𝑝 ⁡ J x ∈ ⋃ B
75 19 sselda ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → x ∈ II Cn J
76 45 simp2d ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → x ⁡ 0 = Y
77 5 pcopt ⊢ x ∈ II Cn J ∧ x ⁡ 0 = Y → 0 ˙ * 𝑝 ⁡ J x ≃ ph ⁡ J x
78 75 76 77 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → 0 ˙ * 𝑝 ⁡ J x ≃ ph ⁡ J x
79 brinxp2 ⊢ 0 ˙ * 𝑝 ⁡ J x ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B x ↔ 0 ˙ * 𝑝 ⁡ J x ∈ ⋃ B ∧ x ∈ ⋃ B ∧ 0 ˙ * 𝑝 ⁡ J x ≃ ph ⁡ J x
80 74 73 78 79 syl21anbrc ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → 0 ˙ * 𝑝 ⁡ J x ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B x
81 eqid ⊢ a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a = a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a
82 81 pcorevcl ⊢ x ∈ II Cn J → a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a ∈ II Cn J ∧ a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a ⁡ 0 = x ⁡ 1 ∧ a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a ⁡ 1 = x ⁡ 0
83 75 82 syl ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a ∈ II Cn J ∧ a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a ⁡ 0 = x ⁡ 1 ∧ a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a ⁡ 1 = x ⁡ 0
84 83 simp1d ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a ∈ II Cn J
85 83 simp2d ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a ⁡ 0 = x ⁡ 1
86 45 simp3d ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → x ⁡ 1 = Y
87 85 86 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a ⁡ 0 = Y
88 83 simp3d ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a ⁡ 1 = x ⁡ 0
89 88 76 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a ⁡ 1 = Y
90 1 3 4 8 pi1eluni ⊢ φ → a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a ∈ ⋃ B ↔ a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a ∈ II Cn J ∧ a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a ⁡ 0 = Y ∧ a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a ⁡ 1 = Y
91 90 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a ∈ ⋃ B ↔ a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a ∈ II Cn J ∧ a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a ⁡ 0 = Y ∧ a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a ⁡ 1 = Y
92 84 87 89 91 mpbir3and ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a ∈ ⋃ B
93 6 69 70 71 92 73 om1addcl ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a * 𝑝 ⁡ J x ∈ ⋃ B
94 eqid ⊢ 0 1 × x ⁡ 1 = 0 1 × x ⁡ 1
95 81 94 pcorev ⊢ x ∈ II Cn J → a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a * 𝑝 ⁡ J x ≃ ph ⁡ J 0 1 × x ⁡ 1
96 75 95 syl ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a * 𝑝 ⁡ J x ≃ ph ⁡ J 0 1 × x ⁡ 1
97 86 sneqd ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → x ⁡ 1 = Y
98 97 xpeq2d ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → 0 1 × x ⁡ 1 = 0 1 × Y
99 5 98 eqtr4id ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → 0 ˙ = 0 1 × x ⁡ 1
100 96 99 breqtrrd ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a * 𝑝 ⁡ J x ≃ ph ⁡ J 0 ˙
101 brinxp2 ⊢ a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a * 𝑝 ⁡ J x ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B 0 ˙ ↔ a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a * 𝑝 ⁡ J x ∈ ⋃ B ∧ 0 ˙ ∈ ⋃ B ∧ a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a * 𝑝 ⁡ J x ≃ ph ⁡ J 0 ˙
102 93 72 100 101 syl21anbrc ⊢ φ ∧ x ∈ ⋃ B → a ∈ 0 1 ⟼ x ⁡ 1 − a * 𝑝 ⁡ J x ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B 0 ˙
103 15 10 16 20 12 27 33 64 68 80 92 102 qusgrp2 ⊢ φ → G ∈ Grp ∧ 0 ˙ ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B = 0 G
104 ecinxp ⊢ ≃ ph ⁡ J ⋃ B ⊆ ⋃ B ∧ 0 ˙ ∈ ⋃ B → 0 ˙ ≃ ph ⁡ J = 0 ˙ ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B
105 14 68 104 syl2anc ⊢ φ → 0 ˙ ≃ ph ⁡ J = 0 ˙ ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B
106 105 eqeq1d ⊢ φ → 0 ˙ ≃ ph ⁡ J = 0 G ↔ 0 ˙ ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B = 0 G
107 106 anbi2d ⊢ φ → G ∈ Grp ∧ 0 ˙ ≃ ph ⁡ J = 0 G ↔ G ∈ Grp ∧ 0 ˙ ≃ ph ⁡ J ∩ ⋃ B × ⋃ B = 0 G
108 103 107 mpbird ⊢ φ → G ∈ Grp ∧ 0 ˙ ≃ ph ⁡ J = 0 G