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Theorem qusker

Description: The kernel of a quotient map. (Contributed by Thierry Arnoux, 20-May-2023)

Ref Expression
Hypotheses qusker.b ⊢ V = Base M
qusker.f ⊢ F = x ∈ V ⟼ x M ~ QG G
qusker.n ⊢ N = M / 𝑠 M ~ QG G
qusker.1 ⊢ 0 ˙ = 0 N
Assertion qusker ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M → F -1 0 ˙ = G

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 qusker.b ⊢ V = Base M
2 qusker.f ⊢ F = x ∈ V ⟼ x M ~ QG G
3 qusker.n ⊢ N = M / 𝑠 M ~ QG G
4 qusker.1 ⊢ 0 ˙ = 0 N
5 3 a1i ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M → N = M / 𝑠 M ~ QG G
6 1 a1i ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M → V = Base M
7 ovex ⊢ M ~ QG G ∈ V
8 7 a1i ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M → M ~ QG G ∈ V
9 nsgsubg ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M → G ∈ SubGrp ⁡ M
10 subgrcl ⊢ G ∈ SubGrp ⁡ M → M ∈ Grp
11 9 10 syl ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M → M ∈ Grp
12 5 6 2 8 11 quslem ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M → F : V ⟶ onto V / M ~ QG G
13 fofn ⊢ F : V ⟶ onto V / M ~ QG G → F Fn V
14 fniniseg2 ⊢ F Fn V → F -1 0 ˙ = y ∈ V | F ⁡ y = 0 ˙
15 12 13 14 3syl ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M → F -1 0 ˙ = y ∈ V | F ⁡ y = 0 ˙
16 eqid ⊢ 0 M = 0 M
17 3 16 qus0 ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M → 0 M M ~ QG G = 0 N
18 4 17 eqtr4id ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M → 0 ˙ = 0 M M ~ QG G
19 eceq1 ⊢ x = y → x M ~ QG G = y M ~ QG G
20 ecexg ⊢ M ~ QG G ∈ V → y M ~ QG G ∈ V
21 7 20 ax-mp ⊢ y M ~ QG G ∈ V
22 19 2 21 fvmpt ⊢ y ∈ V → F ⁡ y = y M ~ QG G
23 18 22 eqeqan12d ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M ∧ y ∈ V → 0 ˙ = F ⁡ y ↔ 0 M M ~ QG G = y M ~ QG G
24 eqcom ⊢ 0 ˙ = F ⁡ y ↔ F ⁡ y = 0 ˙
25 24 a1i ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M ∧ y ∈ V → 0 ˙ = F ⁡ y ↔ F ⁡ y = 0 ˙
26 simpl ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M ∧ y ∈ V → G ∈ NrmSGrp ⁡ M
27 simpr ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M ∧ y ∈ V → y ∈ V
28 1 16 grpidcl ⊢ M ∈ Grp → 0 M ∈ V
29 26 11 28 3syl ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M ∧ y ∈ V → 0 M ∈ V
30 1 subgss ⊢ G ∈ SubGrp ⁡ M → G ⊆ V
31 9 30 syl ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M → G ⊆ V
32 eqid ⊢ inv g ⁡ M = inv g ⁡ M
33 eqid ⊢ + M = + M
34 eqid ⊢ M ~ QG G = M ~ QG G
35 1 32 33 34 eqgval ⊢ M ∈ Grp ∧ G ⊆ V → 0 M M ~ QG G y ↔ 0 M ∈ V ∧ y ∈ V ∧ inv g ⁡ M ⁡ 0 M + M y ∈ G
36 11 31 35 syl2anc ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M → 0 M M ~ QG G y ↔ 0 M ∈ V ∧ y ∈ V ∧ inv g ⁡ M ⁡ 0 M + M y ∈ G
37 36 adantr ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M ∧ y ∈ V → 0 M M ~ QG G y ↔ 0 M ∈ V ∧ y ∈ V ∧ inv g ⁡ M ⁡ 0 M + M y ∈ G
38 df-3an ⊢ 0 M ∈ V ∧ y ∈ V ∧ inv g ⁡ M ⁡ 0 M + M y ∈ G ↔ 0 M ∈ V ∧ y ∈ V ∧ inv g ⁡ M ⁡ 0 M + M y ∈ G
39 38 biancomi ⊢ 0 M ∈ V ∧ y ∈ V ∧ inv g ⁡ M ⁡ 0 M + M y ∈ G ↔ inv g ⁡ M ⁡ 0 M + M y ∈ G ∧ 0 M ∈ V ∧ y ∈ V
40 37 39 bitrdi ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M ∧ y ∈ V → 0 M M ~ QG G y ↔ inv g ⁡ M ⁡ 0 M + M y ∈ G ∧ 0 M ∈ V ∧ y ∈ V
41 40 rbaibd ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M ∧ y ∈ V ∧ 0 M ∈ V ∧ y ∈ V → 0 M M ~ QG G y ↔ inv g ⁡ M ⁡ 0 M + M y ∈ G
42 26 27 29 27 41 syl22anc ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M ∧ y ∈ V → 0 M M ~ QG G y ↔ inv g ⁡ M ⁡ 0 M + M y ∈ G
43 1 34 eqger ⊢ G ∈ SubGrp ⁡ M → M ~ QG G Er V
44 9 43 syl ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M → M ~ QG G Er V
45 44 adantr ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M ∧ y ∈ V → M ~ QG G Er V
46 45 27 erth2 ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M ∧ y ∈ V → 0 M M ~ QG G y ↔ 0 M M ~ QG G = y M ~ QG G
47 16 32 grpinvid ⊢ M ∈ Grp → inv g ⁡ M ⁡ 0 M = 0 M
48 26 11 47 3syl ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M ∧ y ∈ V → inv g ⁡ M ⁡ 0 M = 0 M
49 48 oveq1d ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M ∧ y ∈ V → inv g ⁡ M ⁡ 0 M + M y = 0 M + M y
50 1 33 16 grplid ⊢ M ∈ Grp ∧ y ∈ V → 0 M + M y = y
51 11 50 sylan ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M ∧ y ∈ V → 0 M + M y = y
52 49 51 eqtrd ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M ∧ y ∈ V → inv g ⁡ M ⁡ 0 M + M y = y
53 52 eleq1d ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M ∧ y ∈ V → inv g ⁡ M ⁡ 0 M + M y ∈ G ↔ y ∈ G
54 42 46 53 3bitr3d ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M ∧ y ∈ V → 0 M M ~ QG G = y M ~ QG G ↔ y ∈ G
55 23 25 54 3bitr3d ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M ∧ y ∈ V → F ⁡ y = 0 ˙ ↔ y ∈ G
56 55 rabbidva ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M → y ∈ V | F ⁡ y = 0 ˙ = y ∈ V | y ∈ G
57 dfss7 ⊢ G ⊆ V ↔ y ∈ V | y ∈ G = G
58 31 57 sylib ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M → y ∈ V | y ∈ G = G
59 15 56 58 3eqtrd ⊢ G ∈ NrmSGrp ⁡ M → F -1 0 ˙ = G