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Theorem lactghmga

Description: The converse of galactghm . The uncurrying of a homomorphism into ( SymGrpY ) is a group action. Thus, group actions and group homomorphisms into a symmetric group are essentially equivalent notions. (Contributed by Mario Carneiro, 15-Jan-2015)

Ref Expression
Hypotheses lactghmga.x ⊢ X = Base G
lactghmga.h ⊢ H = SymGrp ⁡ Y
lactghmga.f ⊢ ⊕ ˙ = x ∈ X , y ∈ Y ⟼ F ⁡ x ⁡ y
Assertion lactghmga ⊢ F ∈ G GrpHom H → ⊕ ˙ ∈ G GrpAct Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lactghmga.x ⊢ X = Base G
2 lactghmga.h ⊢ H = SymGrp ⁡ Y
3 lactghmga.f ⊢ ⊕ ˙ = x ∈ X , y ∈ Y ⟼ F ⁡ x ⁡ y
4 ghmgrp1 ⊢ F ∈ G GrpHom H → G ∈ Grp
5 ghmgrp2 ⊢ F ∈ G GrpHom H → H ∈ Grp
6 grpn0 ⊢ H ∈ Grp → H ≠ ∅
7 fvprc ⊢ ¬ Y ∈ V → SymGrp ⁡ Y = ∅
8 2 7 eqtrid ⊢ ¬ Y ∈ V → H = ∅
9 8 necon1ai ⊢ H ≠ ∅ → Y ∈ V
10 5 6 9 3syl ⊢ F ∈ G GrpHom H → Y ∈ V
11 eqid ⊢ Base H = Base H
12 1 11 ghmf ⊢ F ∈ G GrpHom H → F : X ⟶ Base H
13 12 ffvelcdmda ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ x ∈ X → F ⁡ x ∈ Base H
14 10 adantr ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ x ∈ X → Y ∈ V
15 2 11 elsymgbas ⊢ Y ∈ V → F ⁡ x ∈ Base H ↔ F ⁡ x : Y ⟶ 1-1 onto Y
16 14 15 syl ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ x ∈ X → F ⁡ x ∈ Base H ↔ F ⁡ x : Y ⟶ 1-1 onto Y
17 13 16 mpbid ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ x ∈ X → F ⁡ x : Y ⟶ 1-1 onto Y
18 f1of ⊢ F ⁡ x : Y ⟶ 1-1 onto Y → F ⁡ x : Y ⟶ Y
19 17 18 syl ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ x ∈ X → F ⁡ x : Y ⟶ Y
20 19 ffvelcdmda ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ x ∈ X ∧ y ∈ Y → F ⁡ x ⁡ y ∈ Y
21 20 ralrimiva ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ x ∈ X → ∀ y ∈ Y F ⁡ x ⁡ y ∈ Y
22 21 ralrimiva ⊢ F ∈ G GrpHom H → ∀ x ∈ X ∀ y ∈ Y F ⁡ x ⁡ y ∈ Y
23 3 fmpo ⊢ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ Y F ⁡ x ⁡ y ∈ Y ↔ ⊕ ˙ : X × Y ⟶ Y
24 22 23 sylib ⊢ F ∈ G GrpHom H → ⊕ ˙ : X × Y ⟶ Y
25 eqid ⊢ 0 G = 0 G
26 1 25 grpidcl ⊢ G ∈ Grp → 0 G ∈ X
27 4 26 syl ⊢ F ∈ G GrpHom H → 0 G ∈ X
28 fveq2 ⊢ x = 0 G → F ⁡ x = F ⁡ 0 G
29 28 fveq1d ⊢ x = 0 G → F ⁡ x ⁡ y = F ⁡ 0 G ⁡ y
30 fveq2 ⊢ y = z → F ⁡ 0 G ⁡ y = F ⁡ 0 G ⁡ z
31 fvex ⊢ F ⁡ 0 G ⁡ z ∈ V
32 29 30 3 31 ovmpo ⊢ 0 G ∈ X ∧ z ∈ Y → 0 G ⊕ ˙ z = F ⁡ 0 G ⁡ z
33 27 32 sylan ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y → 0 G ⊕ ˙ z = F ⁡ 0 G ⁡ z
34 eqid ⊢ 0 H = 0 H
35 25 34 ghmid ⊢ F ∈ G GrpHom H → F ⁡ 0 G = 0 H
36 35 adantr ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y → F ⁡ 0 G = 0 H
37 10 adantr ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y → Y ∈ V
38 2 symgid ⊢ Y ∈ V → I ↾ Y = 0 H
39 37 38 syl ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y → I ↾ Y = 0 H
40 36 39 eqtr4d ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y → F ⁡ 0 G = I ↾ Y
41 40 fveq1d ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y → F ⁡ 0 G ⁡ z = I ↾ Y ⁡ z
42 fvresi ⊢ z ∈ Y → I ↾ Y ⁡ z = z
43 42 adantl ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y → I ↾ Y ⁡ z = z
44 33 41 43 3eqtrd ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y → 0 G ⊕ ˙ z = z
45 12 ad2antrr ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → F : X ⟶ Base H
46 simprr ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → v ∈ X
47 45 46 ffvelcdmd ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → F ⁡ v ∈ Base H
48 10 ad2antrr ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → Y ∈ V
49 2 11 elsymgbas ⊢ Y ∈ V → F ⁡ v ∈ Base H ↔ F ⁡ v : Y ⟶ 1-1 onto Y
50 48 49 syl ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → F ⁡ v ∈ Base H ↔ F ⁡ v : Y ⟶ 1-1 onto Y
51 47 50 mpbid ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → F ⁡ v : Y ⟶ 1-1 onto Y
52 f1of ⊢ F ⁡ v : Y ⟶ 1-1 onto Y → F ⁡ v : Y ⟶ Y
53 51 52 syl ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → F ⁡ v : Y ⟶ Y
54 simplr ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → z ∈ Y
55 fvco3 ⊢ F ⁡ v : Y ⟶ Y ∧ z ∈ Y → F ⁡ u ∘ F ⁡ v ⁡ z = F ⁡ u ⁡ F ⁡ v ⁡ z
56 53 54 55 syl2anc ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → F ⁡ u ∘ F ⁡ v ⁡ z = F ⁡ u ⁡ F ⁡ v ⁡ z
57 simpll ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → F ∈ G GrpHom H
58 simprl ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → u ∈ X
59 eqid ⊢ + G = + G
60 eqid ⊢ + H = + H
61 1 59 60 ghmlin ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → F ⁡ u + G v = F ⁡ u + H F ⁡ v
62 57 58 46 61 syl3anc ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → F ⁡ u + G v = F ⁡ u + H F ⁡ v
63 45 58 ffvelcdmd ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → F ⁡ u ∈ Base H
64 2 11 60 symgov ⊢ F ⁡ u ∈ Base H ∧ F ⁡ v ∈ Base H → F ⁡ u + H F ⁡ v = F ⁡ u ∘ F ⁡ v
65 63 47 64 syl2anc ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → F ⁡ u + H F ⁡ v = F ⁡ u ∘ F ⁡ v
66 62 65 eqtrd ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → F ⁡ u + G v = F ⁡ u ∘ F ⁡ v
67 66 fveq1d ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → F ⁡ u + G v ⁡ z = F ⁡ u ∘ F ⁡ v ⁡ z
68 53 54 ffvelcdmd ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → F ⁡ v ⁡ z ∈ Y
69 fveq2 ⊢ x = u → F ⁡ x = F ⁡ u
70 69 fveq1d ⊢ x = u → F ⁡ x ⁡ y = F ⁡ u ⁡ y
71 fveq2 ⊢ y = F ⁡ v ⁡ z → F ⁡ u ⁡ y = F ⁡ u ⁡ F ⁡ v ⁡ z
72 fvex ⊢ F ⁡ u ⁡ F ⁡ v ⁡ z ∈ V
73 70 71 3 72 ovmpo ⊢ u ∈ X ∧ F ⁡ v ⁡ z ∈ Y → u ⊕ ˙ F ⁡ v ⁡ z = F ⁡ u ⁡ F ⁡ v ⁡ z
74 58 68 73 syl2anc ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → u ⊕ ˙ F ⁡ v ⁡ z = F ⁡ u ⁡ F ⁡ v ⁡ z
75 56 67 74 3eqtr4d ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → F ⁡ u + G v ⁡ z = u ⊕ ˙ F ⁡ v ⁡ z
76 4 ad2antrr ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → G ∈ Grp
77 1 59 grpcl ⊢ G ∈ Grp ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → u + G v ∈ X
78 76 58 46 77 syl3anc ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → u + G v ∈ X
79 fveq2 ⊢ x = u + G v → F ⁡ x = F ⁡ u + G v
80 79 fveq1d ⊢ x = u + G v → F ⁡ x ⁡ y = F ⁡ u + G v ⁡ y
81 fveq2 ⊢ y = z → F ⁡ u + G v ⁡ y = F ⁡ u + G v ⁡ z
82 fvex ⊢ F ⁡ u + G v ⁡ z ∈ V
83 80 81 3 82 ovmpo ⊢ u + G v ∈ X ∧ z ∈ Y → u + G v ⊕ ˙ z = F ⁡ u + G v ⁡ z
84 78 54 83 syl2anc ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → u + G v ⊕ ˙ z = F ⁡ u + G v ⁡ z
85 fveq2 ⊢ x = v → F ⁡ x = F ⁡ v
86 85 fveq1d ⊢ x = v → F ⁡ x ⁡ y = F ⁡ v ⁡ y
87 fveq2 ⊢ y = z → F ⁡ v ⁡ y = F ⁡ v ⁡ z
88 fvex ⊢ F ⁡ v ⁡ z ∈ V
89 86 87 3 88 ovmpo ⊢ v ∈ X ∧ z ∈ Y → v ⊕ ˙ z = F ⁡ v ⁡ z
90 46 54 89 syl2anc ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → v ⊕ ˙ z = F ⁡ v ⁡ z
91 90 oveq2d ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → u ⊕ ˙ v ⊕ ˙ z = u ⊕ ˙ F ⁡ v ⁡ z
92 75 84 91 3eqtr4d ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y ∧ u ∈ X ∧ v ∈ X → u + G v ⊕ ˙ z = u ⊕ ˙ v ⊕ ˙ z
93 92 ralrimivva ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y → ∀ u ∈ X ∀ v ∈ X u + G v ⊕ ˙ z = u ⊕ ˙ v ⊕ ˙ z
94 44 93 jca ⊢ F ∈ G GrpHom H ∧ z ∈ Y → 0 G ⊕ ˙ z = z ∧ ∀ u ∈ X ∀ v ∈ X u + G v ⊕ ˙ z = u ⊕ ˙ v ⊕ ˙ z
95 94 ralrimiva ⊢ F ∈ G GrpHom H → ∀ z ∈ Y 0 G ⊕ ˙ z = z ∧ ∀ u ∈ X ∀ v ∈ X u + G v ⊕ ˙ z = u ⊕ ˙ v ⊕ ˙ z
96 24 95 jca ⊢ F ∈ G GrpHom H → ⊕ ˙ : X × Y ⟶ Y ∧ ∀ z ∈ Y 0 G ⊕ ˙ z = z ∧ ∀ u ∈ X ∀ v ∈ X u + G v ⊕ ˙ z = u ⊕ ˙ v ⊕ ˙ z
97 1 59 25 isga ⊢ ⊕ ˙ ∈ G GrpAct Y ↔ G ∈ Grp ∧ Y ∈ V ∧ ⊕ ˙ : X × Y ⟶ Y ∧ ∀ z ∈ Y 0 G ⊕ ˙ z = z ∧ ∀ u ∈ X ∀ v ∈ X u + G v ⊕ ˙ z = u ⊕ ˙ v ⊕ ˙ z
98 4 10 96 97 syl21anbrc ⊢ F ∈ G GrpHom H → ⊕ ˙ ∈ G GrpAct Y