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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
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
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
41 8 40 syl φ P
42 prmz P P
43 41 42 syl φ P
44 prmnn P P
45 41 44 syl φ P
46 45 nnne0d φ P 0
47 dvdsval2 P P 0 M P M M P
48 43 46 20 47 syl3anc φ P M M P
49 39 48 mpbid φ M P
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 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 n · ˙ D = n n · ˙ D
71 3 19 70 1 cycsubg2 G Grp D B K D = ran n n · ˙ D
72 24 63 71 syl2anc φ K D = ran n n · ˙ D
73 72 rexeqdv φ y K D x = w - G y y ran n n · ˙ D x = w - G y
74 ovex n · ˙ D V
75 74 rgenw n 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 n · ˙ D V y ran n n · ˙ D x = w - G y n x = w - G n · ˙ D
79 75 78 ax-mp y ran n n · ˙ D x = w - G y n x = w - G n · ˙ D
80 73 79 bitrdi φ y K D x = w - G y n x = w - G n · ˙ D
81 80 rexbidv φ w W y K D x = w - G y w W n x = w - G n · ˙ D
82 69 81 bitrd φ x W ˙ K D w W n x = w - G n · ˙ D
83 82 adantr φ x S x W ˙ K D w W n x = w - G n · ˙ D
84 simpr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D x = w - G n · ˙ D
85 14 ad3antrrr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D W SubGrp G
86 simplrl φ x S w W n x = w - G n · ˙ D w W
87 simplrr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D n
88 87 zcnd φ x S w W n x = w - G n · ˙ D n
89 45 nncnd φ P
90 89 ad3antrrr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D P
91 46 ad3antrrr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D P 0
92 88 90 91 divcan1d φ x S w W n x = w - G n · ˙ D n P P = n
93 92 oveq1d φ x S w W n x = w - G n · ˙ D n P P · ˙ D = n · ˙ D
94 24 ad3antrrr φ x S w W n 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 x = w - G n · ˙ D ¬ D S ˙ W
115 41 ad3antrrr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D P
116 coprm P n ¬ P n P gcd n = 1
117 115 87 116 syl2anc φ x S w W n x = w - G n · ˙ D ¬ P n P gcd n = 1
118 43 ad3antrrr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D P
119 bezout P n a b P gcd n = P a + n b
120 118 87 119 syl2anc φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b 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 b P gcd n = P a + n b a b 1 = P a + n b
123 120 122 syl5ibcom φ x S w W n x = w - G n · ˙ D P gcd n = 1 a b 1 = P a + n b
124 94 adantr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b G Grp
125 118 adantr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b P
126 simprl φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b a
127 125 126 zmulcld φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b P a
128 87 adantr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b n
129 simprr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b b
130 128 129 zmulcld φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b n b
131 63 ad3antrrr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D D B
132 131 adantr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b D B
133 3 19 59 mulgdir G Grp P a n b 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 x = w - G n · ˙ D a b P a + n b · ˙ D = P a · ˙ D + G n b · ˙ D
135 97 ad3antrrr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D S ˙ W SubGrp G
136 135 adantr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b S ˙ W SubGrp G
137 90 adantr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b P
138 zcn a a
139 138 ad2antrl φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b a
140 137 139 mulcomd φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b P a = a P
141 140 oveq1d φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b P a · ˙ D = a P · ˙ D
142 3 19 mulgass G Grp a P D B a P · ˙ D = a · ˙ P · ˙ D
143 124 126 125 132 142 syl13anc φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b a P · ˙ D = a · ˙ P · ˙ D
144 141 143 eqtrd φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b 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 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 M P 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
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 x = w - G n · ˙ D P · ˙ D S ˙ W
162 161 adantr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b P · ˙ D S ˙ W
163 19 subgmulgcl S ˙ W SubGrp G a P · ˙ D S ˙ W a · ˙ P · ˙ D S ˙ W
164 136 126 162 163 syl3anc φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b a · ˙ P · ˙ D S ˙ W
165 144 164 eqeltrd φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b P a · ˙ D S ˙ W
166 88 adantr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b n
167 zcn b b
168 167 ad2antll φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b b
169 166 168 mulcomd φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b n b = b n
170 169 oveq1d φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b n b · ˙ D = b n · ˙ D
171 3 19 mulgass G Grp b n D B b n · ˙ D = b · ˙ n · ˙ D
172 124 129 128 132 171 syl13anc φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b b n · ˙ D = b · ˙ n · ˙ D
173 170 172 eqtrd φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b n b · ˙ D = b · ˙ n · ˙ D
174 84 oveq2d φ x S w W n x = w - G n · ˙ D w - G x = w - G w - G n · ˙ D
175 9 ad3antrrr φ x S w W n 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 x = w - G n · ˙ D W B
178 177 86 sseldd φ x S w W n x = w - G n · ˙ D w B
179 3 19 mulgcl G Grp n D B n · ˙ D B
180 94 87 131 179 syl3anc φ x S w W n x = w - G n · ˙ D n · ˙ D B
181 3 68 175 178 180 ablnncan φ x S w W n x = w - G n · ˙ D w - G w - G n · ˙ D = n · ˙ D
182 174 181 eqtrd φ x S w W n x = w - G n · ˙ D w - G x = n · ˙ D
183 146 ad3antrrr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D W S ˙ W
184 183 86 sseldd φ x S w W n 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 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 x = w - G n · ˙ D w - G x S ˙ W
189 182 188 eqeltrrd φ x S w W n x = w - G n · ˙ D n · ˙ D S ˙ W
190 189 adantr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b n · ˙ D S ˙ W
191 19 subgmulgcl S ˙ W SubGrp G b n · ˙ D S ˙ W b · ˙ n · ˙ D S ˙ W
192 136 129 190 191 syl3anc φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b b · ˙ n · ˙ D S ˙ W
193 173 192 eqeltrd φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b 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 x = w - G n · ˙ D a b P a · ˙ D + G n b · ˙ D S ˙ W
196 134 195 eqeltrd φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b 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 x = w - G n · ˙ D a b 1 = P a + n b 1 · ˙ D S ˙ W
200 199 rexlimdvva φ x S w W n x = w - G n · ˙ D a b 1 = P a + n b 1 · ˙ D S ˙ W
201 123 200 syld φ x S w W n 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 x = w - G n · ˙ D 1 · ˙ D = D
204 203 eleq1d φ x S w W n x = w - G n · ˙ D 1 · ˙ D S ˙ W D S ˙ W
205 201 204 sylibd φ x S w W n x = w - G n · ˙ D P gcd n = 1 D S ˙ W
206 117 205 sylbid φ x S w W n x = w - G n · ˙ D ¬ P n D S ˙ W
207 114 206 mt3d φ x S w W n x = w - G n · ˙ D P n
208 dvdsval2 P P 0 n P n n P
209 118 91 87 208 syl3anc φ x S w W n x = w - G n · ˙ D P n n P
210 207 209 mpbid φ x S w W n x = w - G n · ˙ D n P
211 3 19 mulgass G Grp n P P D B n P P · ˙ D = n P · ˙ P · ˙ D
212 94 210 118 131 211 syl13anc φ x S w W n x = w - G n · ˙ D n P P · ˙ D = n P · ˙ P · ˙ D
213 93 212 eqtr3d φ x S w W n x = w - G n · ˙ D n · ˙ D = n P · ˙ P · ˙ D
214 159 ad3antrrr φ x S w W n x = w - G n · ˙ D P · ˙ D W
215 19 subgmulgcl W SubGrp G n P P · ˙ D W n P · ˙ P · ˙ D W
216 85 210 214 215 syl3anc φ x S w W n x = w - G n · ˙ D n P · ˙ P · ˙ D W
217 213 216 eqeltrd φ x S w W n 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 x = w - G n · ˙ D w - G n · ˙ D W
220 84 219 eqeltrd φ x S w W n x = w - G n · ˙ D x W
221 220 ex φ x S w W n x = w - G n · ˙ D x W
222 221 rexlimdvva φ x S w W n 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