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Theorem conjghm

Description: Conjugation is an automorphism of the group. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Jan-2015)

Ref Expression
Hypotheses conjghm.x ⊢ X = Base G
conjghm.p ⊢ + ˙ = + G
conjghm.m ⊢ - ˙ = - G
conjghm.f ⊢ F = x ∈ X ⟼ A + ˙ x - ˙ A
Assertion conjghm ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X → F ∈ G GrpHom G ∧ F : X ⟶ 1-1 onto X

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 conjghm.x ⊢ X = Base G
2 conjghm.p ⊢ + ˙ = + G
3 conjghm.m ⊢ - ˙ = - G
4 conjghm.f ⊢ F = x ∈ X ⟼ A + ˙ x - ˙ A
5 simpl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X → G ∈ Grp
6 5 adantr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X → G ∈ Grp
7 1 2 grpcl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X → A + ˙ x ∈ X
8 7 3expa ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X → A + ˙ x ∈ X
9 simplr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X → A ∈ X
10 1 3 grpsubcl ⊢ G ∈ Grp ∧ A + ˙ x ∈ X ∧ A ∈ X → A + ˙ x - ˙ A ∈ X
11 6 8 9 10 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X → A + ˙ x - ˙ A ∈ X
12 11 4 fmptd ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X → F : X ⟶ X
13 5 adantr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → G ∈ Grp
14 simplr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → A ∈ X
15 simprl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → y ∈ X
16 1 2 grpcl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X → A + ˙ y ∈ X
17 13 14 15 16 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → A + ˙ y ∈ X
18 1 3 grpsubcl ⊢ G ∈ Grp ∧ A + ˙ y ∈ X ∧ A ∈ X → A + ˙ y - ˙ A ∈ X
19 13 17 14 18 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → A + ˙ y - ˙ A ∈ X
20 simprr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → z ∈ X
21 1 3 grpsubcl ⊢ G ∈ Grp ∧ z ∈ X ∧ A ∈ X → z - ˙ A ∈ X
22 13 20 14 21 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → z - ˙ A ∈ X
23 1 2 grpass ⊢ G ∈ Grp ∧ A + ˙ y - ˙ A ∈ X ∧ A ∈ X ∧ z - ˙ A ∈ X → A + ˙ y - ˙ A + ˙ A + ˙ z - ˙ A = A + ˙ y - ˙ A + ˙ A + ˙ z - ˙ A
24 13 19 14 22 23 syl13anc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → A + ˙ y - ˙ A + ˙ A + ˙ z - ˙ A = A + ˙ y - ˙ A + ˙ A + ˙ z - ˙ A
25 1 2 3 grpnpcan ⊢ G ∈ Grp ∧ A + ˙ y ∈ X ∧ A ∈ X → A + ˙ y - ˙ A + ˙ A = A + ˙ y
26 13 17 14 25 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → A + ˙ y - ˙ A + ˙ A = A + ˙ y
27 26 oveq1d ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → A + ˙ y - ˙ A + ˙ A + ˙ z - ˙ A = A + ˙ y + ˙ z - ˙ A
28 1 2 3 grpaddsubass ⊢ G ∈ Grp ∧ A + ˙ y ∈ X ∧ z ∈ X ∧ A ∈ X → A + ˙ y + ˙ z - ˙ A = A + ˙ y + ˙ z - ˙ A
29 13 17 20 14 28 syl13anc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → A + ˙ y + ˙ z - ˙ A = A + ˙ y + ˙ z - ˙ A
30 1 2 grpass ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → A + ˙ y + ˙ z = A + ˙ y + ˙ z
31 13 14 15 20 30 syl13anc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → A + ˙ y + ˙ z = A + ˙ y + ˙ z
32 31 oveq1d ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → A + ˙ y + ˙ z - ˙ A = A + ˙ y + ˙ z - ˙ A
33 27 29 32 3eqtr2rd ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → A + ˙ y + ˙ z - ˙ A = A + ˙ y - ˙ A + ˙ A + ˙ z - ˙ A
34 1 2 3 grpaddsubass ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ z ∈ X ∧ A ∈ X → A + ˙ z - ˙ A = A + ˙ z - ˙ A
35 13 14 20 14 34 syl13anc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → A + ˙ z - ˙ A = A + ˙ z - ˙ A
36 35 oveq2d ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → A + ˙ y - ˙ A + ˙ A + ˙ z - ˙ A = A + ˙ y - ˙ A + ˙ A + ˙ z - ˙ A
37 24 33 36 3eqtr4d ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → A + ˙ y + ˙ z - ˙ A = A + ˙ y - ˙ A + ˙ A + ˙ z - ˙ A
38 1 2 grpcl ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → y + ˙ z ∈ X
39 13 15 20 38 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → y + ˙ z ∈ X
40 oveq2 ⊢ x = y + ˙ z → A + ˙ x = A + ˙ y + ˙ z
41 40 oveq1d ⊢ x = y + ˙ z → A + ˙ x - ˙ A = A + ˙ y + ˙ z - ˙ A
42 ovex ⊢ A + ˙ y + ˙ z - ˙ A ∈ V
43 41 4 42 fvmpt ⊢ y + ˙ z ∈ X → F ⁡ y + ˙ z = A + ˙ y + ˙ z - ˙ A
44 39 43 syl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → F ⁡ y + ˙ z = A + ˙ y + ˙ z - ˙ A
45 oveq2 ⊢ x = y → A + ˙ x = A + ˙ y
46 45 oveq1d ⊢ x = y → A + ˙ x - ˙ A = A + ˙ y - ˙ A
47 ovex ⊢ A + ˙ y - ˙ A ∈ V
48 46 4 47 fvmpt ⊢ y ∈ X → F ⁡ y = A + ˙ y - ˙ A
49 48 ad2antrl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → F ⁡ y = A + ˙ y - ˙ A
50 oveq2 ⊢ x = z → A + ˙ x = A + ˙ z
51 50 oveq1d ⊢ x = z → A + ˙ x - ˙ A = A + ˙ z - ˙ A
52 ovex ⊢ A + ˙ z - ˙ A ∈ V
53 51 4 52 fvmpt ⊢ z ∈ X → F ⁡ z = A + ˙ z - ˙ A
54 53 ad2antll ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → F ⁡ z = A + ˙ z - ˙ A
55 49 54 oveq12d ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → F ⁡ y + ˙ F ⁡ z = A + ˙ y - ˙ A + ˙ A + ˙ z - ˙ A
56 37 44 55 3eqtr4d ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → F ⁡ y + ˙ z = F ⁡ y + ˙ F ⁡ z
57 1 1 2 2 5 5 12 56 isghmd ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X → F ∈ G GrpHom G
58 5 adantr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X → G ∈ Grp
59 eqid ⊢ inv g ⁡ G = inv g ⁡ G
60 1 59 grpinvcl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A ∈ X
61 60 adantr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A ∈ X
62 simpr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X → y ∈ X
63 simplr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X → A ∈ X
64 1 2 grpcl ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ X ∧ A ∈ X → y + ˙ A ∈ X
65 58 62 63 64 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X → y + ˙ A ∈ X
66 1 2 grpcl ⊢ G ∈ Grp ∧ inv g ⁡ G ⁡ A ∈ X ∧ y + ˙ A ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ y + ˙ A ∈ X
67 58 61 65 66 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ y + ˙ A ∈ X
68 5 adantr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → G ∈ Grp
69 65 adantrl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → y + ˙ A ∈ X
70 8 adantrr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → A + ˙ x ∈ X
71 60 adantr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A ∈ X
72 1 2 grplcan ⊢ G ∈ Grp ∧ y + ˙ A ∈ X ∧ A + ˙ x ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ A ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ y + ˙ A = inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ A + ˙ x ↔ y + ˙ A = A + ˙ x
73 68 69 70 71 72 syl13anc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ y + ˙ A = inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ A + ˙ x ↔ y + ˙ A = A + ˙ x
74 eqid ⊢ 0 G = 0 G
75 1 2 74 59 grplinv ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ A = 0 G
76 75 adantr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ A = 0 G
77 76 oveq1d ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ A + ˙ x = 0 G + ˙ x
78 simplr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → A ∈ X
79 simprl ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x ∈ X
80 1 2 grpass ⊢ G ∈ Grp ∧ inv g ⁡ G ⁡ A ∈ X ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ A + ˙ x = inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ A + ˙ x
81 68 71 78 79 80 syl13anc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ A + ˙ x = inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ A + ˙ x
82 1 2 74 grplid ⊢ G ∈ Grp ∧ x ∈ X → 0 G + ˙ x = x
83 82 ad2ant2r ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → 0 G + ˙ x = x
84 77 81 83 3eqtr3rd ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x = inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ A + ˙ x
85 84 eqeq2d ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ y + ˙ A = x ↔ inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ y + ˙ A = inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ A + ˙ x
86 simprr ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → y ∈ X
87 1 2 3 grpsubadd ⊢ G ∈ Grp ∧ A + ˙ x ∈ X ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X → A + ˙ x - ˙ A = y ↔ y + ˙ A = A + ˙ x
88 68 70 78 86 87 syl13anc ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → A + ˙ x - ˙ A = y ↔ y + ˙ A = A + ˙ x
89 73 85 88 3bitr4d ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ y + ˙ A = x ↔ A + ˙ x - ˙ A = y
90 eqcom ⊢ x = inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ y + ˙ A ↔ inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ y + ˙ A = x
91 eqcom ⊢ y = A + ˙ x - ˙ A ↔ A + ˙ x - ˙ A = y
92 89 90 91 3bitr4g ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x = inv g ⁡ G ⁡ A + ˙ y + ˙ A ↔ y = A + ˙ x - ˙ A
93 4 11 67 92 f1o2d ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X → F : X ⟶ 1-1 onto X
94 57 93 jca ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ X → F ∈ G GrpHom G ∧ F : X ⟶ 1-1 onto X