Metamath Proof Explorer


Theorem sylow2blem1

Description: Lemma for sylow2b . Evaluate the group action on a left coset. (Contributed by Mario Carneiro, 17-Jan-2015)

Ref Expression
Hypotheses sylow2b.x ⊢ X = Base G
sylow2b.xf ⊢ φ → X ∈ Fin
sylow2b.h ⊢ φ → H ∈ SubGrp ⁡ G
sylow2b.k ⊢ φ → K ∈ SubGrp ⁡ G
sylow2b.a ⊢ + ˙ = + G
sylow2b.r ⊢ ∼ ˙ = G ~ QG K
sylow2b.m ⊢ · ˙ = x ∈ H , y ∈ X / ∼ ˙ ⟼ ran ⁡ z ∈ y ⟼ x + ˙ z
Assertion sylow2blem1 ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → B · ˙ C ∼ ˙ = B + ˙ C ∼ ˙

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sylow2b.x ⊢ X = Base G
2 sylow2b.xf ⊢ φ → X ∈ Fin
3 sylow2b.h ⊢ φ → H ∈ SubGrp ⁡ G
4 sylow2b.k ⊢ φ → K ∈ SubGrp ⁡ G
5 sylow2b.a ⊢ + ˙ = + G
6 sylow2b.r ⊢ ∼ ˙ = G ~ QG K
7 sylow2b.m ⊢ · ˙ = x ∈ H , y ∈ X / ∼ ˙ ⟼ ran ⁡ z ∈ y ⟼ x + ˙ z
8 simp2 ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → B ∈ H
9 6 ovexi ⊢ ∼ ˙ ∈ V
10 simp3 ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → C ∈ X
11 ecelqsw ⊢ ∼ ˙ ∈ V ∧ C ∈ X → C ∼ ˙ ∈ X / ∼ ˙
12 9 10 11 sylancr ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → C ∼ ˙ ∈ X / ∼ ˙
13 simpr ⊢ x = B ∧ y = C ∼ ˙ → y = C ∼ ˙
14 simpl ⊢ x = B ∧ y = C ∼ ˙ → x = B
15 14 oveq1d ⊢ x = B ∧ y = C ∼ ˙ → x + ˙ z = B + ˙ z
16 13 15 mpteq12dv ⊢ x = B ∧ y = C ∼ ˙ → z ∈ y ⟼ x + ˙ z = z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z
17 16 rneqd ⊢ x = B ∧ y = C ∼ ˙ → ran ⁡ z ∈ y ⟼ x + ˙ z = ran ⁡ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z
18 ecexg ⊢ ∼ ˙ ∈ V → C ∼ ˙ ∈ V
19 9 18 ax-mp ⊢ C ∼ ˙ ∈ V
20 19 mptex ⊢ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z ∈ V
21 20 rnex ⊢ ran ⁡ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z ∈ V
22 17 7 21 ovmpoa ⊢ B ∈ H ∧ C ∼ ˙ ∈ X / ∼ ˙ → B · ˙ C ∼ ˙ = ran ⁡ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z
23 8 12 22 syl2anc ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → B · ˙ C ∼ ˙ = ran ⁡ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z
24 1 6 eqger ⊢ K ∈ SubGrp ⁡ G → ∼ ˙ Er X
25 4 24 syl ⊢ φ → ∼ ˙ Er X
26 25 ecss ⊢ φ → B + ˙ C ∼ ˙ ⊆ X
27 2 26 ssfid ⊢ φ → B + ˙ C ∼ ˙ ∈ Fin
28 27 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → B + ˙ C ∼ ˙ ∈ Fin
29 vex ⊢ z ∈ V
30 elecg ⊢ z ∈ V ∧ C ∈ X → z ∈ C ∼ ˙ ↔ C ∼ ˙ z
31 29 10 30 sylancr ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → z ∈ C ∼ ˙ ↔ C ∼ ˙ z
32 31 biimpa ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X ∧ z ∈ C ∼ ˙ → C ∼ ˙ z
33 subgrcl ⊢ H ∈ SubGrp ⁡ G → G ∈ Grp
34 3 33 syl ⊢ φ → G ∈ Grp
35 34 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → G ∈ Grp
36 1 subgss ⊢ H ∈ SubGrp ⁡ G → H ⊆ X
37 3 36 syl ⊢ φ → H ⊆ X
38 37 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → H ⊆ X
39 38 8 sseldd ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → B ∈ X
40 1 5 grpcl ⊢ G ∈ Grp ∧ B ∈ X ∧ C ∈ X → B + ˙ C ∈ X
41 35 39 10 40 syl3anc ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → B + ˙ C ∈ X
42 41 adantr ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X ∧ C ∼ ˙ z → B + ˙ C ∈ X
43 35 adantr ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X ∧ C ∼ ˙ z → G ∈ Grp
44 39 adantr ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X ∧ C ∼ ˙ z → B ∈ X
45 1 subgss ⊢ K ∈ SubGrp ⁡ G → K ⊆ X
46 4 45 syl ⊢ φ → K ⊆ X
47 eqid ⊢ inv g ⁡ G = inv g ⁡ G
48 1 47 5 6 eqgval ⊢ G ∈ Grp ∧ K ⊆ X → C ∼ ˙ z ↔ C ∈ X ∧ z ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ C + ˙ z ∈ K
49 34 46 48 syl2anc ⊢ φ → C ∼ ˙ z ↔ C ∈ X ∧ z ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ C + ˙ z ∈ K
50 49 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → C ∼ ˙ z ↔ C ∈ X ∧ z ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ C + ˙ z ∈ K
51 50 biimpa ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X ∧ C ∼ ˙ z → C ∈ X ∧ z ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ C + ˙ z ∈ K
52 51 simp2d ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X ∧ C ∼ ˙ z → z ∈ X
53 1 5 grpcl ⊢ G ∈ Grp ∧ B ∈ X ∧ z ∈ X → B + ˙ z ∈ X
54 43 44 52 53 syl3anc ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X ∧ C ∼ ˙ z → B + ˙ z ∈ X
55 1 47 grpinvcl ⊢ G ∈ Grp ∧ B + ˙ C ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C ∈ X
56 35 41 55 syl2anc ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C ∈ X
57 56 adantr ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X ∧ C ∼ ˙ z → inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C ∈ X
58 1 5 grpass ⊢ G ∈ Grp ∧ inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C ∈ X ∧ B ∈ X ∧ z ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C + ˙ B + ˙ z = inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C + ˙ B + ˙ z
59 43 57 44 52 58 syl13anc ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X ∧ C ∼ ˙ z → inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C + ˙ B + ˙ z = inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C + ˙ B + ˙ z
60 1 5 47 grpinvadd ⊢ G ∈ Grp ∧ B ∈ X ∧ C ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C = inv g ⁡ G ⁡ C + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B
61 35 39 10 60 syl3anc ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C = inv g ⁡ G ⁡ C + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B
62 1 47 grpinvcl ⊢ G ∈ Grp ∧ C ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ C ∈ X
63 35 10 62 syl2anc ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ C ∈ X
64 eqid ⊢ - G = - G
65 1 5 47 64 grpsubval ⊢ inv g ⁡ G ⁡ C ∈ X ∧ B ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ C - G B = inv g ⁡ G ⁡ C + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B
66 63 39 65 syl2anc ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ C - G B = inv g ⁡ G ⁡ C + ˙ inv g ⁡ G ⁡ B
67 61 66 eqtr4d ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C = inv g ⁡ G ⁡ C - G B
68 67 oveq1d ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C + ˙ B = inv g ⁡ G ⁡ C - G B + ˙ B
69 1 5 64 grpnpcan ⊢ G ∈ Grp ∧ inv g ⁡ G ⁡ C ∈ X ∧ B ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ C - G B + ˙ B = inv g ⁡ G ⁡ C
70 35 63 39 69 syl3anc ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ C - G B + ˙ B = inv g ⁡ G ⁡ C
71 68 70 eqtrd ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C + ˙ B = inv g ⁡ G ⁡ C
72 71 oveq1d ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C + ˙ B + ˙ z = inv g ⁡ G ⁡ C + ˙ z
73 72 adantr ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X ∧ C ∼ ˙ z → inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C + ˙ B + ˙ z = inv g ⁡ G ⁡ C + ˙ z
74 59 73 eqtr3d ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X ∧ C ∼ ˙ z → inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C + ˙ B + ˙ z = inv g ⁡ G ⁡ C + ˙ z
75 51 simp3d ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X ∧ C ∼ ˙ z → inv g ⁡ G ⁡ C + ˙ z ∈ K
76 74 75 eqeltrd ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X ∧ C ∼ ˙ z → inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C + ˙ B + ˙ z ∈ K
77 1 47 5 6 eqgval ⊢ G ∈ Grp ∧ K ⊆ X → B + ˙ C ∼ ˙ B + ˙ z ↔ B + ˙ C ∈ X ∧ B + ˙ z ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C + ˙ B + ˙ z ∈ K
78 34 46 77 syl2anc ⊢ φ → B + ˙ C ∼ ˙ B + ˙ z ↔ B + ˙ C ∈ X ∧ B + ˙ z ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C + ˙ B + ˙ z ∈ K
79 78 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → B + ˙ C ∼ ˙ B + ˙ z ↔ B + ˙ C ∈ X ∧ B + ˙ z ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C + ˙ B + ˙ z ∈ K
80 79 adantr ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X ∧ C ∼ ˙ z → B + ˙ C ∼ ˙ B + ˙ z ↔ B + ˙ C ∈ X ∧ B + ˙ z ∈ X ∧ inv g ⁡ G ⁡ B + ˙ C + ˙ B + ˙ z ∈ K
81 42 54 76 80 mpbir3and ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X ∧ C ∼ ˙ z → B + ˙ C ∼ ˙ B + ˙ z
82 ovex ⊢ B + ˙ z ∈ V
83 ovex ⊢ B + ˙ C ∈ V
84 82 83 elec ⊢ B + ˙ z ∈ B + ˙ C ∼ ˙ ↔ B + ˙ C ∼ ˙ B + ˙ z
85 81 84 sylibr ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X ∧ C ∼ ˙ z → B + ˙ z ∈ B + ˙ C ∼ ˙
86 32 85 syldan ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X ∧ z ∈ C ∼ ˙ → B + ˙ z ∈ B + ˙ C ∼ ˙
87 86 fmpttd ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z : C ∼ ˙ ⟶ B + ˙ C ∼ ˙
88 87 frnd ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → ran ⁡ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z ⊆ B + ˙ C ∼ ˙
89 eqid ⊢ z ∈ X ⟼ B + ˙ z = z ∈ X ⟼ B + ˙ z
90 1 5 89 grplmulf1o ⊢ G ∈ Grp ∧ B ∈ X → z ∈ X ⟼ B + ˙ z : X ⟶ 1-1 onto X
91 35 39 90 syl2anc ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → z ∈ X ⟼ B + ˙ z : X ⟶ 1-1 onto X
92 f1of1 ⊢ z ∈ X ⟼ B + ˙ z : X ⟶ 1-1 onto X → z ∈ X ⟼ B + ˙ z : X ⟶ 1-1 X
93 91 92 syl ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → z ∈ X ⟼ B + ˙ z : X ⟶ 1-1 X
94 25 ecss ⊢ φ → C ∼ ˙ ⊆ X
95 94 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → C ∼ ˙ ⊆ X
96 f1ssres ⊢ z ∈ X ⟼ B + ˙ z : X ⟶ 1-1 X ∧ C ∼ ˙ ⊆ X → z ∈ X ⟼ B + ˙ z ↾ C ∼ ˙ : C ∼ ˙ ⟶ 1-1 X
97 93 95 96 syl2anc ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → z ∈ X ⟼ B + ˙ z ↾ C ∼ ˙ : C ∼ ˙ ⟶ 1-1 X
98 resmpt ⊢ C ∼ ˙ ⊆ X → z ∈ X ⟼ B + ˙ z ↾ C ∼ ˙ = z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z
99 f1eq1 ⊢ z ∈ X ⟼ B + ˙ z ↾ C ∼ ˙ = z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z → z ∈ X ⟼ B + ˙ z ↾ C ∼ ˙ : C ∼ ˙ ⟶ 1-1 X ↔ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z : C ∼ ˙ ⟶ 1-1 X
100 95 98 99 3syl ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → z ∈ X ⟼ B + ˙ z ↾ C ∼ ˙ : C ∼ ˙ ⟶ 1-1 X ↔ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z : C ∼ ˙ ⟶ 1-1 X
101 97 100 mpbid ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z : C ∼ ˙ ⟶ 1-1 X
102 f1f1orn ⊢ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z : C ∼ ˙ ⟶ 1-1 X → z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z : C ∼ ˙ ⟶ 1-1 onto ran ⁡ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z
103 101 102 syl ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z : C ∼ ˙ ⟶ 1-1 onto ran ⁡ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z
104 19 f1oen ⊢ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z : C ∼ ˙ ⟶ 1-1 onto ran ⁡ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z → C ∼ ˙ ≈ ran ⁡ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z
105 ensym ⊢ C ∼ ˙ ≈ ran ⁡ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z → ran ⁡ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z ≈ C ∼ ˙
106 103 104 105 3syl ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → ran ⁡ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z ≈ C ∼ ˙
107 4 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → K ∈ SubGrp ⁡ G
108 1 6 eqgen ⊢ K ∈ SubGrp ⁡ G ∧ C ∼ ˙ ∈ X / ∼ ˙ → K ≈ C ∼ ˙
109 107 12 108 syl2anc ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → K ≈ C ∼ ˙
110 ensym ⊢ K ≈ C ∼ ˙ → C ∼ ˙ ≈ K
111 109 110 syl ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → C ∼ ˙ ≈ K
112 ecelqsw ⊢ ∼ ˙ ∈ V ∧ B + ˙ C ∈ X → B + ˙ C ∼ ˙ ∈ X / ∼ ˙
113 9 41 112 sylancr ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → B + ˙ C ∼ ˙ ∈ X / ∼ ˙
114 1 6 eqgen ⊢ K ∈ SubGrp ⁡ G ∧ B + ˙ C ∼ ˙ ∈ X / ∼ ˙ → K ≈ B + ˙ C ∼ ˙
115 107 113 114 syl2anc ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → K ≈ B + ˙ C ∼ ˙
116 entr ⊢ C ∼ ˙ ≈ K ∧ K ≈ B + ˙ C ∼ ˙ → C ∼ ˙ ≈ B + ˙ C ∼ ˙
117 111 115 116 syl2anc ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → C ∼ ˙ ≈ B + ˙ C ∼ ˙
118 entr ⊢ ran ⁡ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z ≈ C ∼ ˙ ∧ C ∼ ˙ ≈ B + ˙ C ∼ ˙ → ran ⁡ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z ≈ B + ˙ C ∼ ˙
119 106 117 118 syl2anc ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → ran ⁡ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z ≈ B + ˙ C ∼ ˙
120 fisseneq ⊢ B + ˙ C ∼ ˙ ∈ Fin ∧ ran ⁡ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z ⊆ B + ˙ C ∼ ˙ ∧ ran ⁡ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z ≈ B + ˙ C ∼ ˙ → ran ⁡ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z = B + ˙ C ∼ ˙
121 28 88 119 120 syl3anc ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → ran ⁡ z ∈ C ∼ ˙ ⟼ B + ˙ z = B + ˙ C ∼ ˙
122 23 121 eqtrd ⊢ φ ∧ B ∈ H ∧ C ∈ X → B · ˙ C ∼ ˙ = B + ˙ C ∼ ˙