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Theorem pgpfac1lem3

Description: Lemma for pgpfac1 . (Contributed by Mario Carneiro, 27-Apr-2016)

Ref Expression
Hypotheses pgpfac1.k ⊢ K = mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G
pgpfac1.s ⊢ S = K ⁡ A
pgpfac1.b ⊢ B = Base G
pgpfac1.o ⊢ O = od ⁡ G
pgpfac1.e ⊢ E = gEx ⁡ G
pgpfac1.z ⊢ 0 ˙ = 0 G
pgpfac1.l ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ G
pgpfac1.p ⊢ φ → P pGrp G
pgpfac1.g ⊢ φ → G ∈ Abel
pgpfac1.n ⊢ φ → B ∈ Fin
pgpfac1.oe ⊢ φ → O ⁡ A = E
pgpfac1.u ⊢ φ → U ∈ SubGrp ⁡ G
pgpfac1.au ⊢ φ → A ∈ U
pgpfac1.w ⊢ φ → W ∈ SubGrp ⁡ G
pgpfac1.i ⊢ φ → S ∩ W = 0 ˙
pgpfac1.ss ⊢ φ → S ⊕ ˙ W ⊆ U
pgpfac1.2 ⊢ φ → ∀ w ∈ SubGrp ⁡ G w ⊂ U ∧ A ∈ w → ¬ S ⊕ ˙ W ⊂ w
pgpfac1.c ⊢ φ → C ∈ U ∖ S ⊕ ˙ W
pgpfac1.mg ⊢ · ˙ = ⋅ G
pgpfac1.m ⊢ φ → M ∈ ℤ
pgpfac1.mw ⊢ φ → P · ˙ C + G M · ˙ A ∈ W
pgpfac1.d ⊢ D = C + G M P · ˙ A
Assertion pgpfac1lem3 ⊢ φ → ∃ t ∈ SubGrp ⁡ G S ∩ t = 0 ˙ ∧ S ⊕ ˙ t = U

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pgpfac1.k ⊢ K = mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G
2 pgpfac1.s ⊢ S = K ⁡ A
3 pgpfac1.b ⊢ B = Base G
4 pgpfac1.o ⊢ O = od ⁡ G
5 pgpfac1.e ⊢ E = gEx ⁡ G
6 pgpfac1.z ⊢ 0 ˙ = 0 G
7 pgpfac1.l ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ G
8 pgpfac1.p ⊢ φ → P pGrp G
9 pgpfac1.g ⊢ φ → G ∈ Abel
10 pgpfac1.n ⊢ φ → B ∈ Fin
11 pgpfac1.oe ⊢ φ → O ⁡ A = E
12 pgpfac1.u ⊢ φ → U ∈ SubGrp ⁡ G
13 pgpfac1.au ⊢ φ → A ∈ U
14 pgpfac1.w ⊢ φ → W ∈ SubGrp ⁡ G
15 pgpfac1.i ⊢ φ → S ∩ W = 0 ˙
16 pgpfac1.ss ⊢ φ → S ⊕ ˙ W ⊆ U
17 pgpfac1.2 ⊢ φ → ∀ w ∈ SubGrp ⁡ G w ⊂ U ∧ A ∈ w → ¬ S ⊕ ˙ W ⊂ w
18 pgpfac1.c ⊢ φ → C ∈ U ∖ S ⊕ ˙ W
19 pgpfac1.mg ⊢ · ˙ = ⋅ G
20 pgpfac1.m ⊢ φ → M ∈ ℤ
21 pgpfac1.mw ⊢ φ → P · ˙ C + G M · ˙ A ∈ W
22 pgpfac1.d ⊢ D = C + G M P · ˙ A
23 ablgrp ⊢ G ∈ Abel → G ∈ Grp
24 9 23 syl ⊢ φ → G ∈ Grp
25 3 subgacs ⊢ G ∈ Grp → SubGrp ⁡ G ∈ ACS ⁡ B
26 acsmre ⊢ SubGrp ⁡ G ∈ ACS ⁡ B → SubGrp ⁡ G ∈ Moore ⁡ B
27 24 25 26 3syl ⊢ φ → SubGrp ⁡ G ∈ Moore ⁡ B
28 3 subgss ⊢ U ∈ SubGrp ⁡ G → U ⊆ B
29 12 28 syl ⊢ φ → U ⊆ B
30 18 eldifad ⊢ φ → C ∈ U
31 29 13 sseldd ⊢ φ → A ∈ B
32 1 mrcsncl ⊢ SubGrp ⁡ G ∈ Moore ⁡ B ∧ A ∈ B → K ⁡ A ∈ SubGrp ⁡ G
33 27 31 32 syl2anc ⊢ φ → K ⁡ A ∈ SubGrp ⁡ G
34 2 33 eqeltrid ⊢ φ → S ∈ SubGrp ⁡ G
35 7 lsmub1 ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ W ∈ SubGrp ⁡ G → S ⊆ S ⊕ ˙ W
36 34 14 35 syl2anc ⊢ φ → S ⊆ S ⊕ ˙ W
37 36 16 sstrd ⊢ φ → S ⊆ U
38 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 pgpfac1lem3a ⊢ φ → P ∥ E ∧ P ∥ M
39 38 simprd ⊢ φ → P ∥ M
40 pgpprm ⊢ P pGrp G → P ∈ ℙ
41 8 40 syl ⊢ φ → P ∈ ℙ
42 prmz ⊢ P ∈ ℙ → P ∈ ℤ
43 41 42 syl ⊢ φ → P ∈ ℤ
44 prmnn ⊢ P ∈ ℙ → P ∈ ℕ
45 41 44 syl ⊢ φ → P ∈ ℕ
46 45 nnne0d ⊢ φ → P ≠ 0
47 dvdsval2 ⊢ P ∈ ℤ ∧ P ≠ 0 ∧ M ∈ ℤ → P ∥ M ↔ M P ∈ ℤ
48 43 46 20 47 syl3anc ⊢ φ → P ∥ M ↔ M P ∈ ℤ
49 39 48 mpbid ⊢ φ → M P ∈ ℤ
50 31 snssd ⊢ φ → A ⊆ B
51 27 1 50 mrcssidd ⊢ φ → A ⊆ K ⁡ A
52 51 2 sseqtrrdi ⊢ φ → A ⊆ S
53 snssg ⊢ A ∈ U → A ∈ S ↔ A ⊆ S
54 13 53 syl ⊢ φ → A ∈ S ↔ A ⊆ S
55 52 54 mpbird ⊢ φ → A ∈ S
56 19 subgmulgcl ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ M P ∈ ℤ ∧ A ∈ S → M P · ˙ A ∈ S
57 34 49 55 56 syl3anc ⊢ φ → M P · ˙ A ∈ S
58 37 57 sseldd ⊢ φ → M P · ˙ A ∈ U
59 eqid ⊢ + G = + G
60 59 subgcl ⊢ U ∈ SubGrp ⁡ G ∧ C ∈ U ∧ M P · ˙ A ∈ U → C + G M P · ˙ A ∈ U
61 12 30 58 60 syl3anc ⊢ φ → C + G M P · ˙ A ∈ U
62 22 61 eqeltrid ⊢ φ → D ∈ U
63 29 62 sseldd ⊢ φ → D ∈ B
64 1 mrcsncl ⊢ SubGrp ⁡ G ∈ Moore ⁡ B ∧ D ∈ B → K ⁡ D ∈ SubGrp ⁡ G
65 27 63 64 syl2anc ⊢ φ → K ⁡ D ∈ SubGrp ⁡ G
66 7 lsmsubg2 ⊢ G ∈ Abel ∧ W ∈ SubGrp ⁡ G ∧ K ⁡ D ∈ SubGrp ⁡ G → W ⊕ ˙ K ⁡ D ∈ SubGrp ⁡ G
67 9 14 65 66 syl3anc ⊢ φ → W ⊕ ˙ K ⁡ D ∈ SubGrp ⁡ G
68 eqid ⊢ - G = - G
69 68 7 14 65 lsmelvalm ⊢ φ → x ∈ W ⊕ ˙ K ⁡ D ↔ ∃ w ∈ W ∃ y ∈ K ⁡ D x = w - G y
70 eqid ⊢ n ∈ ℤ ⟼ n · ˙ D = n ∈ ℤ ⟼ n · ˙ D
71 3 19 70 1 cycsubg2 ⊢ G ∈ Grp ∧ D ∈ B → K ⁡ D = ran ⁡ n ∈ ℤ ⟼ n · ˙ D
72 24 63 71 syl2anc ⊢ φ → K ⁡ D = ran ⁡ n ∈ ℤ ⟼ n · ˙ D
73 72 rexeqdv ⊢ φ → ∃ y ∈ K ⁡ D x = w - G y ↔ ∃ y ∈ ran ⁡ n ∈ ℤ ⟼ n · ˙ D x = w - G y
74 ovex ⊢ n · ˙ D ∈ V
75 74 rgenw ⊢ ∀ n ∈ ℤ n · ˙ D ∈ V
76 oveq2 ⊢ y = n · ˙ D → w - G y = w - G n · ˙ D
77 76 eqeq2d ⊢ y = n · ˙ D → x = w - G y ↔ x = w - G n · ˙ D
78 70 77 rexrnmptw ⊢ ∀ n ∈ ℤ n · ˙ D ∈ V → ∃ y ∈ ran ⁡ n ∈ ℤ ⟼ n · ˙ D x = w - G y ↔ ∃ n ∈ ℤ x = w - G n · ˙ D
79 75 78 ax-mp ⊢ ∃ y ∈ ran ⁡ n ∈ ℤ ⟼ n · ˙ D x = w - G y ↔ ∃ n ∈ ℤ x = w - G n · ˙ D
80 73 79 bitrdi ⊢ φ → ∃ y ∈ K ⁡ D x = w - G y ↔ ∃ n ∈ ℤ x = w - G n · ˙ D
81 80 rexbidv ⊢ φ → ∃ w ∈ W ∃ y ∈ K ⁡ D x = w - G y ↔ ∃ w ∈ W ∃ n ∈ ℤ x = w - G n · ˙ D
82 69 81 bitrd ⊢ φ → x ∈ W ⊕ ˙ K ⁡ D ↔ ∃ w ∈ W ∃ n ∈ ℤ x = w - G n · ˙ D
83 82 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S → x ∈ W ⊕ ˙ K ⁡ D ↔ ∃ w ∈ W ∃ n ∈ ℤ x = w - G n · ˙ D
84 simpr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → x = w - G n · ˙ D
85 14 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → W ∈ SubGrp ⁡ G
86 simplrl ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → w ∈ W
87 simplrr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → n ∈ ℤ
88 87 zcnd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → n ∈ ℂ
89 45 nncnd ⊢ φ → P ∈ ℂ
90 89 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → P ∈ ℂ
91 46 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → P ≠ 0
92 88 90 91 divcan1d ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → n P ⁢ P = n
93 92 oveq1d ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → n P ⁢ P · ˙ D = n · ˙ D
94 24 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → G ∈ Grp
95 18 eldifbd ⊢ φ → ¬ C ∈ S ⊕ ˙ W
96 7 lsmsubg2 ⊢ G ∈ Abel ∧ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ W ∈ SubGrp ⁡ G → S ⊕ ˙ W ∈ SubGrp ⁡ G
97 9 34 14 96 syl3anc ⊢ φ → S ⊕ ˙ W ∈ SubGrp ⁡ G
98 36 57 sseldd ⊢ φ → M P · ˙ A ∈ S ⊕ ˙ W
99 68 subgsubcl ⊢ S ⊕ ˙ W ∈ SubGrp ⁡ G ∧ D ∈ S ⊕ ˙ W ∧ M P · ˙ A ∈ S ⊕ ˙ W → D - G M P · ˙ A ∈ S ⊕ ˙ W
100 99 3expia ⊢ S ⊕ ˙ W ∈ SubGrp ⁡ G ∧ D ∈ S ⊕ ˙ W → M P · ˙ A ∈ S ⊕ ˙ W → D - G M P · ˙ A ∈ S ⊕ ˙ W
101 100 impancom ⊢ S ⊕ ˙ W ∈ SubGrp ⁡ G ∧ M P · ˙ A ∈ S ⊕ ˙ W → D ∈ S ⊕ ˙ W → D - G M P · ˙ A ∈ S ⊕ ˙ W
102 97 98 101 syl2anc ⊢ φ → D ∈ S ⊕ ˙ W → D - G M P · ˙ A ∈ S ⊕ ˙ W
103 22 oveq1i ⊢ D - G M P · ˙ A = C + G M P · ˙ A - G M P · ˙ A
104 29 30 sseldd ⊢ φ → C ∈ B
105 3 subgss ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G → S ⊆ B
106 34 105 syl ⊢ φ → S ⊆ B
107 106 57 sseldd ⊢ φ → M P · ˙ A ∈ B
108 3 59 68 grppncan ⊢ G ∈ Grp ∧ C ∈ B ∧ M P · ˙ A ∈ B → C + G M P · ˙ A - G M P · ˙ A = C
109 24 104 107 108 syl3anc ⊢ φ → C + G M P · ˙ A - G M P · ˙ A = C
110 103 109 eqtrid ⊢ φ → D - G M P · ˙ A = C
111 110 eleq1d ⊢ φ → D - G M P · ˙ A ∈ S ⊕ ˙ W ↔ C ∈ S ⊕ ˙ W
112 102 111 sylibd ⊢ φ → D ∈ S ⊕ ˙ W → C ∈ S ⊕ ˙ W
113 95 112 mtod ⊢ φ → ¬ D ∈ S ⊕ ˙ W
114 113 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → ¬ D ∈ S ⊕ ˙ W
115 41 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → P ∈ ℙ
116 coprm ⊢ P ∈ ℙ ∧ n ∈ ℤ → ¬ P ∥ n ↔ P gcd n = 1
117 115 87 116 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → ¬ P ∥ n ↔ P gcd n = 1
118 43 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → P ∈ ℤ
119 bezout ⊢ P ∈ ℤ ∧ n ∈ ℤ → ∃ a ∈ ℤ ∃ b ∈ ℤ P gcd n = P ⁢ a + n ⁢ b
120 118 87 119 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → ∃ a ∈ ℤ ∃ b ∈ ℤ P gcd n = P ⁢ a + n ⁢ b
121 eqeq1 ⊢ P gcd n = 1 → P gcd n = P ⁢ a + n ⁢ b ↔ 1 = P ⁢ a + n ⁢ b
122 121 2rexbidv ⊢ P gcd n = 1 → ∃ a ∈ ℤ ∃ b ∈ ℤ P gcd n = P ⁢ a + n ⁢ b ↔ ∃ a ∈ ℤ ∃ b ∈ ℤ 1 = P ⁢ a + n ⁢ b
123 120 122 syl5ibcom ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → P gcd n = 1 → ∃ a ∈ ℤ ∃ b ∈ ℤ 1 = P ⁢ a + n ⁢ b
124 94 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → G ∈ Grp
125 118 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → P ∈ ℤ
126 simprl ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → a ∈ ℤ
127 125 126 zmulcld ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → P ⁢ a ∈ ℤ
128 87 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → n ∈ ℤ
129 simprr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → b ∈ ℤ
130 128 129 zmulcld ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → n ⁢ b ∈ ℤ
131 63 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → D ∈ B
132 131 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → D ∈ B
133 3 19 59 mulgdir ⊢ G ∈ Grp ∧ P ⁢ a ∈ ℤ ∧ n ⁢ b ∈ ℤ ∧ D ∈ B → P ⁢ a + n ⁢ b · ˙ D = P ⁢ a · ˙ D + G n ⁢ b · ˙ D
134 124 127 130 132 133 syl13anc ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → P ⁢ a + n ⁢ b · ˙ D = P ⁢ a · ˙ D + G n ⁢ b · ˙ D
135 97 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → S ⊕ ˙ W ∈ SubGrp ⁡ G
136 135 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → S ⊕ ˙ W ∈ SubGrp ⁡ G
137 90 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → P ∈ ℂ
138 zcn ⊢ a ∈ ℤ → a ∈ ℂ
139 138 ad2antrl ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → a ∈ ℂ
140 137 139 mulcomd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → P ⁢ a = a ⁢ P
141 140 oveq1d ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → P ⁢ a · ˙ D = a ⁢ P · ˙ D
142 3 19 mulgass ⊢ G ∈ Grp ∧ a ∈ ℤ ∧ P ∈ ℤ ∧ D ∈ B → a ⁢ P · ˙ D = a · ˙ P · ˙ D
143 124 126 125 132 142 syl13anc ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → a ⁢ P · ˙ D = a · ˙ P · ˙ D
144 141 143 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → P ⁢ a · ˙ D = a · ˙ P · ˙ D
145 7 lsmub2 ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ W ∈ SubGrp ⁡ G → W ⊆ S ⊕ ˙ W
146 34 14 145 syl2anc ⊢ φ → W ⊆ S ⊕ ˙ W
147 22 oveq2i ⊢ P · ˙ D = P · ˙ C + G M P · ˙ A
148 3 19 59 mulgdi ⊢ G ∈ Abel ∧ P ∈ ℤ ∧ C ∈ B ∧ M P · ˙ A ∈ B → P · ˙ C + G M P · ˙ A = P · ˙ C + G P · ˙ M P · ˙ A
149 9 43 104 107 148 syl13anc ⊢ φ → P · ˙ C + G M P · ˙ A = P · ˙ C + G P · ˙ M P · ˙ A
150 147 149 eqtrid ⊢ φ → P · ˙ D = P · ˙ C + G P · ˙ M P · ˙ A
151 3 19 mulgass ⊢ G ∈ Grp ∧ P ∈ ℤ ∧ M P ∈ ℤ ∧ A ∈ B → P ⁢ M P · ˙ A = P · ˙ M P · ˙ A
152 24 43 49 31 151 syl13anc ⊢ φ → P ⁢ M P · ˙ A = P · ˙ M P · ˙ A
153 20 zcnd ⊢ φ → M ∈ ℂ
154 153 89 46 divcan2d ⊢ φ → P ⁢ M P = M
155 154 oveq1d ⊢ φ → P ⁢ M P · ˙ A = M · ˙ A
156 152 155 eqtr3d ⊢ φ → P · ˙ M P · ˙ A = M · ˙ A
157 156 oveq2d ⊢ φ → P · ˙ C + G P · ˙ M P · ˙ A = P · ˙ C + G M · ˙ A
158 150 157 eqtrd ⊢ φ → P · ˙ D = P · ˙ C + G M · ˙ A
159 158 21 eqeltrd ⊢ φ → P · ˙ D ∈ W
160 146 159 sseldd ⊢ φ → P · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W
161 160 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → P · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W
162 161 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → P · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W
163 19 subgmulgcl ⊢ S ⊕ ˙ W ∈ SubGrp ⁡ G ∧ a ∈ ℤ ∧ P · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W → a · ˙ P · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W
164 136 126 162 163 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → a · ˙ P · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W
165 144 164 eqeltrd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → P ⁢ a · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W
166 88 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → n ∈ ℂ
167 zcn ⊢ b ∈ ℤ → b ∈ ℂ
168 167 ad2antll ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → b ∈ ℂ
169 166 168 mulcomd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → n ⁢ b = b ⁢ n
170 169 oveq1d ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → n ⁢ b · ˙ D = b ⁢ n · ˙ D
171 3 19 mulgass ⊢ G ∈ Grp ∧ b ∈ ℤ ∧ n ∈ ℤ ∧ D ∈ B → b ⁢ n · ˙ D = b · ˙ n · ˙ D
172 124 129 128 132 171 syl13anc ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → b ⁢ n · ˙ D = b · ˙ n · ˙ D
173 170 172 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → n ⁢ b · ˙ D = b · ˙ n · ˙ D
174 84 oveq2d ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → w - G x = w - G w - G n · ˙ D
175 9 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → G ∈ Abel
176 3 subgss ⊢ W ∈ SubGrp ⁡ G → W ⊆ B
177 85 176 syl ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → W ⊆ B
178 177 86 sseldd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → w ∈ B
179 3 19 mulgcl ⊢ G ∈ Grp ∧ n ∈ ℤ ∧ D ∈ B → n · ˙ D ∈ B
180 94 87 131 179 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → n · ˙ D ∈ B
181 3 68 175 178 180 ablnncan ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → w - G w - G n · ˙ D = n · ˙ D
182 174 181 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → w - G x = n · ˙ D
183 146 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → W ⊆ S ⊕ ˙ W
184 183 86 sseldd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → w ∈ S ⊕ ˙ W
185 36 sselda ⊢ φ ∧ x ∈ S → x ∈ S ⊕ ˙ W
186 185 ad2antrr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → x ∈ S ⊕ ˙ W
187 68 subgsubcl ⊢ S ⊕ ˙ W ∈ SubGrp ⁡ G ∧ w ∈ S ⊕ ˙ W ∧ x ∈ S ⊕ ˙ W → w - G x ∈ S ⊕ ˙ W
188 135 184 186 187 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → w - G x ∈ S ⊕ ˙ W
189 182 188 eqeltrrd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → n · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W
190 189 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → n · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W
191 19 subgmulgcl ⊢ S ⊕ ˙ W ∈ SubGrp ⁡ G ∧ b ∈ ℤ ∧ n · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W → b · ˙ n · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W
192 136 129 190 191 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → b · ˙ n · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W
193 173 192 eqeltrd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → n ⁢ b · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W
194 59 subgcl ⊢ S ⊕ ˙ W ∈ SubGrp ⁡ G ∧ P ⁢ a · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W ∧ n ⁢ b · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W → P ⁢ a · ˙ D + G n ⁢ b · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W
195 136 165 193 194 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → P ⁢ a · ˙ D + G n ⁢ b · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W
196 134 195 eqeltrd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → P ⁢ a + n ⁢ b · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W
197 oveq1 ⊢ 1 = P ⁢ a + n ⁢ b → 1 · ˙ D = P ⁢ a + n ⁢ b · ˙ D
198 197 eleq1d ⊢ 1 = P ⁢ a + n ⁢ b → 1 · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W ↔ P ⁢ a + n ⁢ b · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W
199 196 198 syl5ibrcom ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → 1 = P ⁢ a + n ⁢ b → 1 · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W
200 199 rexlimdvva ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → ∃ a ∈ ℤ ∃ b ∈ ℤ 1 = P ⁢ a + n ⁢ b → 1 · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W
201 123 200 syld ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → P gcd n = 1 → 1 · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W
202 3 19 mulg1 ⊢ D ∈ B → 1 · ˙ D = D
203 131 202 syl ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → 1 · ˙ D = D
204 203 eleq1d ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → 1 · ˙ D ∈ S ⊕ ˙ W ↔ D ∈ S ⊕ ˙ W
205 201 204 sylibd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → P gcd n = 1 → D ∈ S ⊕ ˙ W
206 117 205 sylbid ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → ¬ P ∥ n → D ∈ S ⊕ ˙ W
207 114 206 mt3d ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → P ∥ n
208 dvdsval2 ⊢ P ∈ ℤ ∧ P ≠ 0 ∧ n ∈ ℤ → P ∥ n ↔ n P ∈ ℤ
209 118 91 87 208 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → P ∥ n ↔ n P ∈ ℤ
210 207 209 mpbid ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → n P ∈ ℤ
211 3 19 mulgass ⊢ G ∈ Grp ∧ n P ∈ ℤ ∧ P ∈ ℤ ∧ D ∈ B → n P ⁢ P · ˙ D = n P · ˙ P · ˙ D
212 94 210 118 131 211 syl13anc ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → n P ⁢ P · ˙ D = n P · ˙ P · ˙ D
213 93 212 eqtr3d ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → n · ˙ D = n P · ˙ P · ˙ D
214 159 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → P · ˙ D ∈ W
215 19 subgmulgcl ⊢ W ∈ SubGrp ⁡ G ∧ n P ∈ ℤ ∧ P · ˙ D ∈ W → n P · ˙ P · ˙ D ∈ W
216 85 210 214 215 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → n P · ˙ P · ˙ D ∈ W
217 213 216 eqeltrd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → n · ˙ D ∈ W
218 68 subgsubcl ⊢ W ∈ SubGrp ⁡ G ∧ w ∈ W ∧ n · ˙ D ∈ W → w - G n · ˙ D ∈ W
219 85 86 217 218 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → w - G n · ˙ D ∈ W
220 84 219 eqeltrd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ ∧ x = w - G n · ˙ D → x ∈ W
221 220 ex ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ w ∈ W ∧ n ∈ ℤ → x = w - G n · ˙ D → x ∈ W
222 221 rexlimdvva ⊢ φ ∧ x ∈ S → ∃ w ∈ W ∃ n ∈ ℤ x = w - G n · ˙ D → x ∈ W
223 83 222 sylbid ⊢ φ ∧ x ∈ S → x ∈ W ⊕ ˙ K ⁡ D → x ∈ W
224 223 imdistanda ⊢ φ → x ∈ S ∧ x ∈ W ⊕ ˙ K ⁡ D → x ∈ S ∧ x ∈ W
225 elin ⊢ x ∈ S ∩ W ⊕ ˙ K ⁡ D ↔ x ∈ S ∧ x ∈ W ⊕ ˙ K ⁡ D
226 elin ⊢ x ∈ S ∩ W ↔ x ∈ S ∧ x ∈ W
227 224 225 226 3imtr4g ⊢ φ → x ∈ S ∩ W ⊕ ˙ K ⁡ D → x ∈ S ∩ W
228 227 ssrdv ⊢ φ → S ∩ W ⊕ ˙ K ⁡ D ⊆ S ∩ W
229 228 15 sseqtrd ⊢ φ → S ∩ W ⊕ ˙ K ⁡ D ⊆ 0 ˙
230 6 subg0cl ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G → 0 ˙ ∈ S
231 34 230 syl ⊢ φ → 0 ˙ ∈ S
232 6 subg0cl ⊢ W ⊕ ˙ K ⁡ D ∈ SubGrp ⁡ G → 0 ˙ ∈ W ⊕ ˙ K ⁡ D
233 67 232 syl ⊢ φ → 0 ˙ ∈ W ⊕ ˙ K ⁡ D
234 231 233 elind ⊢ φ → 0 ˙ ∈ S ∩ W ⊕ ˙ K ⁡ D
235 234 snssd ⊢ φ → 0 ˙ ⊆ S ∩ W ⊕ ˙ K ⁡ D
236 229 235 eqssd ⊢ φ → S ∩ W ⊕ ˙ K ⁡ D = 0 ˙
237 7 lsmass ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ W ∈ SubGrp ⁡ G ∧ K ⁡ D ∈ SubGrp ⁡ G → S ⊕ ˙ W ⊕ ˙ K ⁡ D = S ⊕ ˙ W ⊕ ˙ K ⁡ D
238 34 14 65 237 syl3anc ⊢ φ → S ⊕ ˙ W ⊕ ˙ K ⁡ D = S ⊕ ˙ W ⊕ ˙ K ⁡ D
239 62 113 eldifd ⊢ φ → D ∈ U ∖ S ⊕ ˙ W
240 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 pgpfac1lem1 ⊢ φ ∧ D ∈ U ∖ S ⊕ ˙ W → S ⊕ ˙ W ⊕ ˙ K ⁡ D = U
241 239 240 mpdan ⊢ φ → S ⊕ ˙ W ⊕ ˙ K ⁡ D = U
242 238 241 eqtr3d ⊢ φ → S ⊕ ˙ W ⊕ ˙ K ⁡ D = U
243 ineq2 ⊢ t = W ⊕ ˙ K ⁡ D → S ∩ t = S ∩ W ⊕ ˙ K ⁡ D
244 243 eqeq1d ⊢ t = W ⊕ ˙ K ⁡ D → S ∩ t = 0 ˙ ↔ S ∩ W ⊕ ˙ K ⁡ D = 0 ˙
245 oveq2 ⊢ t = W ⊕ ˙ K ⁡ D → S ⊕ ˙ t = S ⊕ ˙ W ⊕ ˙ K ⁡ D
246 245 eqeq1d ⊢ t = W ⊕ ˙ K ⁡ D → S ⊕ ˙ t = U ↔ S ⊕ ˙ W ⊕ ˙ K ⁡ D = U
247 244 246 anbi12d ⊢ t = W ⊕ ˙ K ⁡ D → S ∩ t = 0 ˙ ∧ S ⊕ ˙ t = U ↔ S ∩ W ⊕ ˙ K ⁡ D = 0 ˙ ∧ S ⊕ ˙ W ⊕ ˙ K ⁡ D = U
248 247 rspcev ⊢ W ⊕ ˙ K ⁡ D ∈ SubGrp ⁡ G ∧ S ∩ W ⊕ ˙ K ⁡ D = 0 ˙ ∧ S ⊕ ˙ W ⊕ ˙ K ⁡ D = U → ∃ t ∈ SubGrp ⁡ G S ∩ t = 0 ˙ ∧ S ⊕ ˙ t = U
249 67 236 242 248 syl12anc ⊢ φ → ∃ t ∈ SubGrp ⁡ G S ∩ t = 0 ˙ ∧ S ⊕ ˙ t = U