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Theorem sylow2blem2

Description: Lemma for sylow2b . Left multiplication in a subgroup H is a group action on the set of all left cosets of K . (Contributed by Mario Carneiro, 17-Jan-2015)

Ref Expression
Hypotheses sylow2b.x X = Base G
sylow2b.xf φ X Fin
sylow2b.h φ H SubGrp G
sylow2b.k φ K SubGrp G
sylow2b.a + ˙ = + G
sylow2b.r ˙ = G ~ QG K
sylow2b.m · ˙ = x H , y X / ˙ ran z y x + ˙ z
Assertion sylow2blem2 φ · ˙ G 𝑠 H GrpAct X / ˙

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sylow2b.x X = Base G
2 sylow2b.xf φ X Fin
3 sylow2b.h φ H SubGrp G
4 sylow2b.k φ K SubGrp G
5 sylow2b.a + ˙ = + G
6 sylow2b.r ˙ = G ~ QG K
7 sylow2b.m · ˙ = x H , y X / ˙ ran z y x + ˙ z
8 eqid G 𝑠 H = G 𝑠 H
9 8 subggrp H SubGrp G G 𝑠 H Grp
10 3 9 syl φ G 𝑠 H Grp
11 pwfi X Fin 𝒫 X Fin
12 2 11 sylib φ 𝒫 X Fin
13 1 6 eqger K SubGrp G ˙ Er X
14 4 13 syl φ ˙ Er X
15 14 qsss φ X / ˙ 𝒫 X
16 12 15 ssexd φ X / ˙ V
17 10 16 jca φ G 𝑠 H Grp X / ˙ V
18 vex y V
19 18 mptex z y x + ˙ z V
20 19 rnex ran z y x + ˙ z V
21 7 20 fnmpoi · ˙ Fn H × X / ˙
22 21 a1i φ · ˙ Fn H × X / ˙
23 eqid X / ˙ = X / ˙
24 oveq2 s ˙ = v u · ˙ s ˙ = u · ˙ v
25 24 eleq1d s ˙ = v u · ˙ s ˙ X / ˙ u · ˙ v X / ˙
26 1 2 3 4 5 6 7 sylow2blem1 φ u H s X u · ˙ s ˙ = u + ˙ s ˙
27 6 ovexi ˙ V
28 subgrcl H SubGrp G G Grp
29 3 28 syl φ G Grp
30 29 3ad2ant1 φ u H s X G Grp
31 1 subgss H SubGrp G H X
32 3 31 syl φ H X
33 32 sselda φ u H u X
34 33 3adant3 φ u H s X u X
35 simp3 φ u H s X s X
36 1 5 grpcl G Grp u X s X u + ˙ s X
37 30 34 35 36 syl3anc φ u H s X u + ˙ s X
38 ecelqsg ˙ V u + ˙ s X u + ˙ s ˙ X / ˙
39 27 37 38 sylancr φ u H s X u + ˙ s ˙ X / ˙
40 26 39 eqeltrd φ u H s X u · ˙ s ˙ X / ˙
41 40 3expa φ u H s X u · ˙ s ˙ X / ˙
42 23 25 41 ectocld φ u H v X / ˙ u · ˙ v X / ˙
43 42 ralrimiva φ u H v X / ˙ u · ˙ v X / ˙
44 43 ralrimiva φ u H v X / ˙ u · ˙ v X / ˙
45 ffnov · ˙ : H × X / ˙ X / ˙ · ˙ Fn H × X / ˙ u H v X / ˙ u · ˙ v X / ˙
46 22 44 45 sylanbrc φ · ˙ : H × X / ˙ X / ˙
47 8 subgbas H SubGrp G H = Base G 𝑠 H
48 3 47 syl φ H = Base G 𝑠 H
49 48 xpeq1d φ H × X / ˙ = Base G 𝑠 H × X / ˙
50 49 feq2d φ · ˙ : H × X / ˙ X / ˙ · ˙ : Base G 𝑠 H × X / ˙ X / ˙
51 46 50 mpbid φ · ˙ : Base G 𝑠 H × X / ˙ X / ˙
52 oveq2 s ˙ = u 0 G 𝑠 H · ˙ s ˙ = 0 G 𝑠 H · ˙ u
53 id s ˙ = u s ˙ = u
54 52 53 eqeq12d s ˙ = u 0 G 𝑠 H · ˙ s ˙ = s ˙ 0 G 𝑠 H · ˙ u = u
55 oveq2 s ˙ = u a + G 𝑠 H b · ˙ s ˙ = a + G 𝑠 H b · ˙ u
56 oveq2 s ˙ = u b · ˙ s ˙ = b · ˙ u
57 56 oveq2d s ˙ = u a · ˙ b · ˙ s ˙ = a · ˙ b · ˙ u
58 55 57 eqeq12d s ˙ = u a + G 𝑠 H b · ˙ s ˙ = a · ˙ b · ˙ s ˙ a + G 𝑠 H b · ˙ u = a · ˙ b · ˙ u
59 58 2ralbidv s ˙ = u a Base G 𝑠 H b Base G 𝑠 H a + G 𝑠 H b · ˙ s ˙ = a · ˙ b · ˙ s ˙ a Base G 𝑠 H b Base G 𝑠 H a + G 𝑠 H b · ˙ u = a · ˙ b · ˙ u
60 54 59 anbi12d s ˙ = u 0 G 𝑠 H · ˙ s ˙ = s ˙ a Base G 𝑠 H b Base G 𝑠 H a + G 𝑠 H b · ˙ s ˙ = a · ˙ b · ˙ s ˙ 0 G 𝑠 H · ˙ u = u a Base G 𝑠 H b Base G 𝑠 H a + G 𝑠 H b · ˙ u = a · ˙ b · ˙ u
61 simpl φ s X φ
62 3 adantr φ s X H SubGrp G
63 eqid 0 G = 0 G
64 63 subg0cl H SubGrp G 0 G H
65 62 64 syl φ s X 0 G H
66 simpr φ s X s X
67 1 2 3 4 5 6 7 sylow2blem1 φ 0 G H s X 0 G · ˙ s ˙ = 0 G + ˙ s ˙
68 61 65 66 67 syl3anc φ s X 0 G · ˙ s ˙ = 0 G + ˙ s ˙
69 8 63 subg0 H SubGrp G 0 G = 0 G 𝑠 H
70 62 69 syl φ s X 0 G = 0 G 𝑠 H
71 70 oveq1d φ s X 0 G · ˙ s ˙ = 0 G 𝑠 H · ˙ s ˙
72 1 5 63 grplid G Grp s X 0 G + ˙ s = s
73 29 72 sylan φ s X 0 G + ˙ s = s
74 73 eceq1d φ s X 0 G + ˙ s ˙ = s ˙
75 68 71 74 3eqtr3d φ s X 0 G 𝑠 H · ˙ s ˙ = s ˙
76 62 adantr φ s X a H b H H SubGrp G
77 76 28 syl φ s X a H b H G Grp
78 76 31 syl φ s X a H b H H X
79 simprl φ s X a H b H a H
80 78 79 sseldd φ s X a H b H a X
81 simprr φ s X a H b H b H
82 78 81 sseldd φ s X a H b H b X
83 66 adantr φ s X a H b H s X
84 1 5 grpass G Grp a X b X s X a + ˙ b + ˙ s = a + ˙ b + ˙ s
85 77 80 82 83 84 syl13anc φ s X a H b H a + ˙ b + ˙ s = a + ˙ b + ˙ s
86 85 eceq1d φ s X a H b H a + ˙ b + ˙ s ˙ = a + ˙ b + ˙ s ˙
87 61 adantr φ s X a H b H φ
88 1 5 grpcl G Grp b X s X b + ˙ s X
89 77 82 83 88 syl3anc φ s X a H b H b + ˙ s X
90 1 2 3 4 5 6 7 sylow2blem1 φ a H b + ˙ s X a · ˙ b + ˙ s ˙ = a + ˙ b + ˙ s ˙
91 87 79 89 90 syl3anc φ s X a H b H a · ˙ b + ˙ s ˙ = a + ˙ b + ˙ s ˙
92 86 91 eqtr4d φ s X a H b H a + ˙ b + ˙ s ˙ = a · ˙ b + ˙ s ˙
93 5 subgcl H SubGrp G a H b H a + ˙ b H
94 76 79 81 93 syl3anc φ s X a H b H a + ˙ b H
95 1 2 3 4 5 6 7 sylow2blem1 φ a + ˙ b H s X a + ˙ b · ˙ s ˙ = a + ˙ b + ˙ s ˙
96 87 94 83 95 syl3anc φ s X a H b H a + ˙ b · ˙ s ˙ = a + ˙ b + ˙ s ˙
97 1 2 3 4 5 6 7 sylow2blem1 φ b H s X b · ˙ s ˙ = b + ˙ s ˙
98 87 81 83 97 syl3anc φ s X a H b H b · ˙ s ˙ = b + ˙ s ˙
99 98 oveq2d φ s X a H b H a · ˙ b · ˙ s ˙ = a · ˙ b + ˙ s ˙
100 92 96 99 3eqtr4d φ s X a H b H a + ˙ b · ˙ s ˙ = a · ˙ b · ˙ s ˙
101 100 ralrimivva φ s X a H b H a + ˙ b · ˙ s ˙ = a · ˙ b · ˙ s ˙
102 62 47 syl φ s X H = Base G 𝑠 H
103 8 5 ressplusg H SubGrp G + ˙ = + G 𝑠 H
104 3 103 syl φ + ˙ = + G 𝑠 H
105 104 oveqdr φ s X a + ˙ b = a + G 𝑠 H b
106 105 oveq1d φ s X a + ˙ b · ˙ s ˙ = a + G 𝑠 H b · ˙ s ˙
107 106 eqeq1d φ s X a + ˙ b · ˙ s ˙ = a · ˙ b · ˙ s ˙ a + G 𝑠 H b · ˙ s ˙ = a · ˙ b · ˙ s ˙
108 102 107 raleqbidv φ s X b H a + ˙ b · ˙ s ˙ = a · ˙ b · ˙ s ˙ b Base G 𝑠 H a + G 𝑠 H b · ˙ s ˙ = a · ˙ b · ˙ s ˙
109 102 108 raleqbidv φ s X a H b H a + ˙ b · ˙ s ˙ = a · ˙ b · ˙ s ˙ a Base G 𝑠 H b Base G 𝑠 H a + G 𝑠 H b · ˙ s ˙ = a · ˙ b · ˙ s ˙
110 101 109 mpbid φ s X a Base G 𝑠 H b Base G 𝑠 H a + G 𝑠 H b · ˙ s ˙ = a · ˙ b · ˙ s ˙
111 75 110 jca φ s X 0 G 𝑠 H · ˙ s ˙ = s ˙ a Base G 𝑠 H b Base G 𝑠 H a + G 𝑠 H b · ˙ s ˙ = a · ˙ b · ˙ s ˙
112 23 60 111 ectocld φ u X / ˙ 0 G 𝑠 H · ˙ u = u a Base G 𝑠 H b Base G 𝑠 H a + G 𝑠 H b · ˙ u = a · ˙ b · ˙ u
113 112 ralrimiva φ u X / ˙ 0 G 𝑠 H · ˙ u = u a Base G 𝑠 H b Base G 𝑠 H a + G 𝑠 H b · ˙ u = a · ˙ b · ˙ u
114 51 113 jca φ · ˙ : Base G 𝑠 H × X / ˙ X / ˙ u X / ˙ 0 G 𝑠 H · ˙ u = u a Base G 𝑠 H b Base G 𝑠 H a + G 𝑠 H b · ˙ u = a · ˙ b · ˙ u
115 eqid Base G 𝑠 H = Base G 𝑠 H
116 eqid + G 𝑠 H = + G 𝑠 H
117 eqid 0 G 𝑠 H = 0 G 𝑠 H
118 115 116 117 isga · ˙ G 𝑠 H GrpAct X / ˙ G 𝑠 H Grp X / ˙ V · ˙ : Base G 𝑠 H × X / ˙ X / ˙ u X / ˙ 0 G 𝑠 H · ˙ u = u a Base G 𝑠 H b Base G 𝑠 H a + G 𝑠 H b · ˙ u = a · ˙ b · ˙ u
119 17 114 118 sylanbrc φ · ˙ G 𝑠 H GrpAct X / ˙