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Theorem pgpfac1lem4

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
Assertion pgpfac1lem4 ⊢ 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 pgpfac1lem2 ⊢ φ → P · ˙ C ∈ S ⊕ ˙ W
21 ablgrp ⊢ G ∈ Abel → G ∈ Grp
22 9 21 syl ⊢ φ → G ∈ Grp
23 3 subgacs ⊢ G ∈ Grp → SubGrp ⁡ G ∈ ACS ⁡ B
24 acsmre ⊢ SubGrp ⁡ G ∈ ACS ⁡ B → SubGrp ⁡ G ∈ Moore ⁡ B
25 22 23 24 3syl ⊢ φ → SubGrp ⁡ G ∈ Moore ⁡ B
26 3 subgss ⊢ U ∈ SubGrp ⁡ G → U ⊆ B
27 12 26 syl ⊢ φ → U ⊆ B
28 27 13 sseldd ⊢ φ → A ∈ B
29 1 mrcsncl ⊢ SubGrp ⁡ G ∈ Moore ⁡ B ∧ A ∈ B → K ⁡ A ∈ SubGrp ⁡ G
30 25 28 29 syl2anc ⊢ φ → K ⁡ A ∈ SubGrp ⁡ G
31 2 30 eqeltrid ⊢ φ → S ∈ SubGrp ⁡ G
32 7 lsmcom ⊢ G ∈ Abel ∧ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ W ∈ SubGrp ⁡ G → S ⊕ ˙ W = W ⊕ ˙ S
33 9 31 14 32 syl3anc ⊢ φ → S ⊕ ˙ W = W ⊕ ˙ S
34 20 33 eleqtrd ⊢ φ → P · ˙ C ∈ W ⊕ ˙ S
35 eqid ⊢ - G = - G
36 35 7 14 31 lsmelvalm ⊢ φ → P · ˙ C ∈ W ⊕ ˙ S ↔ ∃ w ∈ W ∃ s ∈ S P · ˙ C = w - G s
37 34 36 mpbid ⊢ φ → ∃ w ∈ W ∃ s ∈ S P · ˙ C = w - G s
38 eqid ⊢ k ∈ ℤ ⟼ k · ˙ A = k ∈ ℤ ⟼ k · ˙ A
39 3 19 38 1 cycsubg2 ⊢ G ∈ Grp ∧ A ∈ B → K ⁡ A = ran ⁡ k ∈ ℤ ⟼ k · ˙ A
40 22 28 39 syl2anc ⊢ φ → K ⁡ A = ran ⁡ k ∈ ℤ ⟼ k · ˙ A
41 2 40 eqtrid ⊢ φ → S = ran ⁡ k ∈ ℤ ⟼ k · ˙ A
42 41 rexeqdv ⊢ φ → ∃ s ∈ S P · ˙ C = w - G s ↔ ∃ s ∈ ran ⁡ k ∈ ℤ ⟼ k · ˙ A P · ˙ C = w - G s
43 ovex ⊢ k · ˙ A ∈ V
44 43 rgenw ⊢ ∀ k ∈ ℤ k · ˙ A ∈ V
45 oveq2 ⊢ s = k · ˙ A → w - G s = w - G k · ˙ A
46 45 eqeq2d ⊢ s = k · ˙ A → P · ˙ C = w - G s ↔ P · ˙ C = w - G k · ˙ A
47 38 46 rexrnmptw ⊢ ∀ k ∈ ℤ k · ˙ A ∈ V → ∃ s ∈ ran ⁡ k ∈ ℤ ⟼ k · ˙ A P · ˙ C = w - G s ↔ ∃ k ∈ ℤ P · ˙ C = w - G k · ˙ A
48 44 47 ax-mp ⊢ ∃ s ∈ ran ⁡ k ∈ ℤ ⟼ k · ˙ A P · ˙ C = w - G s ↔ ∃ k ∈ ℤ P · ˙ C = w - G k · ˙ A
49 42 48 bitrdi ⊢ φ → ∃ s ∈ S P · ˙ C = w - G s ↔ ∃ k ∈ ℤ P · ˙ C = w - G k · ˙ A
50 49 rexbidv ⊢ φ → ∃ w ∈ W ∃ s ∈ S P · ˙ C = w - G s ↔ ∃ w ∈ W ∃ k ∈ ℤ P · ˙ C = w - G k · ˙ A
51 37 50 mpbid ⊢ φ → ∃ w ∈ W ∃ k ∈ ℤ P · ˙ C = w - G k · ˙ A
52 rexcom ⊢ ∃ w ∈ W ∃ k ∈ ℤ P · ˙ C = w - G k · ˙ A ↔ ∃ k ∈ ℤ ∃ w ∈ W P · ˙ C = w - G k · ˙ A
53 51 52 sylib ⊢ φ → ∃ k ∈ ℤ ∃ w ∈ W P · ˙ C = w - G k · ˙ A
54 22 ad2antrr ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ w ∈ W → G ∈ Grp
55 3 subgss ⊢ W ∈ SubGrp ⁡ G → W ⊆ B
56 14 55 syl ⊢ φ → W ⊆ B
57 56 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ → W ⊆ B
58 57 sselda ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ w ∈ W → w ∈ B
59 simplr ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ w ∈ W → k ∈ ℤ
60 28 ad2antrr ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ w ∈ W → A ∈ B
61 3 19 mulgcl ⊢ G ∈ Grp ∧ k ∈ ℤ ∧ A ∈ B → k · ˙ A ∈ B
62 54 59 60 61 syl3anc ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ w ∈ W → k · ˙ A ∈ B
63 pgpprm ⊢ P pGrp G → P ∈ ℙ
64 prmz ⊢ P ∈ ℙ → P ∈ ℤ
65 8 63 64 3syl ⊢ φ → P ∈ ℤ
66 18 eldifad ⊢ φ → C ∈ U
67 27 66 sseldd ⊢ φ → C ∈ B
68 3 19 mulgcl ⊢ G ∈ Grp ∧ P ∈ ℤ ∧ C ∈ B → P · ˙ C ∈ B
69 22 65 67 68 syl3anc ⊢ φ → P · ˙ C ∈ B
70 69 ad2antrr ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ w ∈ W → P · ˙ C ∈ B
71 eqid ⊢ + G = + G
72 3 71 35 grpsubadd ⊢ G ∈ Grp ∧ w ∈ B ∧ k · ˙ A ∈ B ∧ P · ˙ C ∈ B → w - G k · ˙ A = P · ˙ C ↔ P · ˙ C + G k · ˙ A = w
73 54 58 62 70 72 syl13anc ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ w ∈ W → w - G k · ˙ A = P · ˙ C ↔ P · ˙ C + G k · ˙ A = w
74 eqcom ⊢ P · ˙ C = w - G k · ˙ A ↔ w - G k · ˙ A = P · ˙ C
75 eqcom ⊢ w = P · ˙ C + G k · ˙ A ↔ P · ˙ C + G k · ˙ A = w
76 73 74 75 3bitr4g ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ w ∈ W → P · ˙ C = w - G k · ˙ A ↔ w = P · ˙ C + G k · ˙ A
77 76 rexbidva ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ → ∃ w ∈ W P · ˙ C = w - G k · ˙ A ↔ ∃ w ∈ W w = P · ˙ C + G k · ˙ A
78 risset ⊢ P · ˙ C + G k · ˙ A ∈ W ↔ ∃ w ∈ W w = P · ˙ C + G k · ˙ A
79 77 78 bitr4di ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ → ∃ w ∈ W P · ˙ C = w - G k · ˙ A ↔ P · ˙ C + G k · ˙ A ∈ W
80 79 rexbidva ⊢ φ → ∃ k ∈ ℤ ∃ w ∈ W P · ˙ C = w - G k · ˙ A ↔ ∃ k ∈ ℤ P · ˙ C + G k · ˙ A ∈ W
81 53 80 mpbid ⊢ φ → ∃ k ∈ ℤ P · ˙ C + G k · ˙ A ∈ W
82 8 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ P · ˙ C + G k · ˙ A ∈ W → P pGrp G
83 9 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ P · ˙ C + G k · ˙ A ∈ W → G ∈ Abel
84 10 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ P · ˙ C + G k · ˙ A ∈ W → B ∈ Fin
85 11 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ P · ˙ C + G k · ˙ A ∈ W → O ⁡ A = E
86 12 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ P · ˙ C + G k · ˙ A ∈ W → U ∈ SubGrp ⁡ G
87 13 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ P · ˙ C + G k · ˙ A ∈ W → A ∈ U
88 14 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ P · ˙ C + G k · ˙ A ∈ W → W ∈ SubGrp ⁡ G
89 15 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ P · ˙ C + G k · ˙ A ∈ W → S ∩ W = 0 ˙
90 16 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ P · ˙ C + G k · ˙ A ∈ W → S ⊕ ˙ W ⊆ U
91 17 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ P · ˙ C + G k · ˙ A ∈ W → ∀ w ∈ SubGrp ⁡ G w ⊂ U ∧ A ∈ w → ¬ S ⊕ ˙ W ⊂ w
92 18 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ P · ˙ C + G k · ˙ A ∈ W → C ∈ U ∖ S ⊕ ˙ W
93 simprl ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ P · ˙ C + G k · ˙ A ∈ W → k ∈ ℤ
94 simprr ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ P · ˙ C + G k · ˙ A ∈ W → P · ˙ C + G k · ˙ A ∈ W
95 eqid ⊢ C + G k P · ˙ A = C + G k P · ˙ A
96 1 2 3 4 5 6 7 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 19 93 94 95 pgpfac1lem3 ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ ∧ P · ˙ C + G k · ˙ A ∈ W → ∃ t ∈ SubGrp ⁡ G S ∩ t = 0 ˙ ∧ S ⊕ ˙ t = U
97 81 96 rexlimddv ⊢ φ → ∃ t ∈ SubGrp ⁡ G S ∩ t = 0 ˙ ∧ S ⊕ ˙ t = U