Theorem conjghm 13943

Description: Conjugation is an automorphism of the group. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Jan-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
conjghm.x	|- X = ( Base ` G )
conjghm.p	|- .+ = ( +g ` G )
conjghm.m	|- .- = ( -g ` G )
conjghm.f	|- F = ( x e. X |-> ( ( A .+ x ) .- A ) )

Assertion

Ref	Expression
conjghm	|- ( ( G e. Grp /\ A e. X ) -> ( F e. ( G GrpHom G ) /\ F : X -1-1-onto-> X ) )

Distinct variable groups:   x, .-   x, .+   x, A   x, G   x, X

Allowed substitution hint:   F( x)

Proof of Theorem conjghm

Dummy variables y z are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		conjghm.x	. . 3 |- X = ( Base ` G )
2		conjghm.p	. . 3 |- .+ = ( +g ` G )
3		simpl 109	. . 3 |- ( ( G e. Grp /\ A e. X ) -> G e. Grp )
4	3	adantr 276	. . . . 5 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ x e. X ) -> G e. Grp )
5	1, 2	grpcl 13671	. . . . . 6 |- ( ( G e. Grp /\ A e. X /\ x e. X ) -> ( A .+ x ) e. X )
6	5	3expa 1230	. . . . 5 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ x e. X ) -> ( A .+ x ) e. X )
7		simplr 529	. . . . 5 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ x e. X ) -> A e. X )
8		conjghm.m	. . . . . 6 |- .- = ( -g ` G )
9	1, 8	grpsubcl 13743	. . . . 5 |- ( ( G e. Grp /\ ( A .+ x ) e. X /\ A e. X ) -> ( ( A .+ x ) .- A ) e. X )
10	4, 6, 7, 9	syl3anc 1274	. . . 4 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ x e. X ) -> ( ( A .+ x ) .- A ) e. X )
11		conjghm.f	. . . 4 |- F = ( x e. X |-> ( ( A .+ x ) .- A ) )
12	10, 11	fmptd 5809	. . 3 |- ( ( G e. Grp /\ A e. X ) -> F : X --> X )
13	3	adantr 276	. . . . . 6 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> G e. Grp )
14		simplr 529	. . . . . . . 8 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> A e. X )
15		simprl 531	. . . . . . . 8 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> y e. X )
16	1, 2, 13, 14, 15	grpcld 13677	. . . . . . 7 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( A .+ y ) e. X )
17	1, 8	grpsubcl 13743	. . . . . . 7 |- ( ( G e. Grp /\ ( A .+ y ) e. X /\ A e. X ) -> ( ( A .+ y ) .- A ) e. X )
18	13, 16, 14, 17	syl3anc 1274	. . . . . 6 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( ( A .+ y ) .- A ) e. X )
19		simprr 533	. . . . . . 7 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> z e. X )
20	1, 8	grpsubcl 13743	. . . . . . 7 |- ( ( G e. Grp /\ z e. X /\ A e. X ) -> ( z .- A ) e. X )
21	13, 19, 14, 20	syl3anc 1274	. . . . . 6 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( z .- A ) e. X )
22	1, 2	grpass 13672	. . . . . 6 |- ( ( G e. Grp /\ ( ( ( A .+ y ) .- A ) e. X /\ A e. X /\ ( z .- A ) e. X ) ) -> ( ( ( ( A .+ y ) .- A ) .+ A ) .+ ( z .- A ) ) = ( ( ( A .+ y ) .- A ) .+ ( A .+ ( z .- A ) ) ) )
23	13, 18, 14, 21, 22	syl13anc 1276	. . . . 5 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( ( ( ( A .+ y ) .- A ) .+ A ) .+ ( z .- A ) ) = ( ( ( A .+ y ) .- A ) .+ ( A .+ ( z .- A ) ) ) )
24	1, 2, 8	grpnpcan 13755	. . . . . . . 8 |- ( ( G e. Grp /\ ( A .+ y ) e. X /\ A e. X ) -> ( ( ( A .+ y ) .- A ) .+ A ) = ( A .+ y ) )
25	13, 16, 14, 24	syl3anc 1274	. . . . . . 7 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( ( ( A .+ y ) .- A ) .+ A ) = ( A .+ y ) )
26	25	oveq1d 6043	. . . . . 6 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( ( ( ( A .+ y ) .- A ) .+ A ) .+ ( z .- A ) ) = ( ( A .+ y ) .+ ( z .- A ) ) )
27	1, 2, 8	grpaddsubass 13753	. . . . . . 7 |- ( ( G e. Grp /\ ( ( A .+ y ) e. X /\ z e. X /\ A e. X ) ) -> ( ( ( A .+ y ) .+ z ) .- A ) = ( ( A .+ y ) .+ ( z .- A ) ) )
28	13, 16, 19, 14, 27	syl13anc 1276	. . . . . 6 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( ( ( A .+ y ) .+ z ) .- A ) = ( ( A .+ y ) .+ ( z .- A ) ) )
29	1, 2	grpass 13672	. . . . . . . 8 |- ( ( G e. Grp /\ ( A e. X /\ y e. X /\ z e. X ) ) -> ( ( A .+ y ) .+ z ) = ( A .+ ( y .+ z ) ) )
30	13, 14, 15, 19, 29	syl13anc 1276	. . . . . . 7 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( ( A .+ y ) .+ z ) = ( A .+ ( y .+ z ) ) )
31	30	oveq1d 6043	. . . . . 6 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( ( ( A .+ y ) .+ z ) .- A ) = ( ( A .+ ( y .+ z ) ) .- A ) )
32	26, 28, 31	3eqtr2rd 2271	. . . . 5 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( ( A .+ ( y .+ z ) ) .- A ) = ( ( ( ( A .+ y ) .- A ) .+ A ) .+ ( z .- A ) ) )
33	1, 2, 8	grpaddsubass 13753	. . . . . . 7 |- ( ( G e. Grp /\ ( A e. X /\ z e. X /\ A e. X ) ) -> ( ( A .+ z ) .- A ) = ( A .+ ( z .- A ) ) )
34	13, 14, 19, 14, 33	syl13anc 1276	. . . . . 6 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( ( A .+ z ) .- A ) = ( A .+ ( z .- A ) ) )
35	34	oveq2d 6044	. . . . 5 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( ( ( A .+ y ) .- A ) .+ ( ( A .+ z ) .- A ) ) = ( ( ( A .+ y ) .- A ) .+ ( A .+ ( z .- A ) ) ) )
36	23, 32, 35	3eqtr4d 2274	. . . 4 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( ( A .+ ( y .+ z ) ) .- A ) = ( ( ( A .+ y ) .- A ) .+ ( ( A .+ z ) .- A ) ) )
37		oveq2 6036	. . . . . 6 |- ( x = ( y .+ z ) -> ( A .+ x ) = ( A .+ ( y .+ z ) ) )
38	37	oveq1d 6043	. . . . 5 |- ( x = ( y .+ z ) -> ( ( A .+ x ) .- A ) = ( ( A .+ ( y .+ z ) ) .- A ) )
39	1, 2, 13, 15, 19	grpcld 13677	. . . . 5 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( y .+ z ) e. X )
40	1, 2, 13, 14, 39	grpcld 13677	. . . . . 6 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( A .+ ( y .+ z ) ) e. X )
41	1, 8	grpsubcl 13743	. . . . . 6 |- ( ( G e. Grp /\ ( A .+ ( y .+ z ) ) e. X /\ A e. X ) -> ( ( A .+ ( y .+ z ) ) .- A ) e. X )
42	13, 40, 14, 41	syl3anc 1274	. . . . 5 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( ( A .+ ( y .+ z ) ) .- A ) e. X )
43	11, 38, 39, 42	fvmptd3 5749	. . . 4 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( F ` ( y .+ z ) ) = ( ( A .+ ( y .+ z ) ) .- A ) )
44		oveq2 6036	. . . . . . 7 |- ( x = y -> ( A .+ x ) = ( A .+ y ) )
45	44	oveq1d 6043	. . . . . 6 |- ( x = y -> ( ( A .+ x ) .- A ) = ( ( A .+ y ) .- A ) )
46	11, 45, 15, 18	fvmptd3 5749	. . . . 5 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( F ` y ) = ( ( A .+ y ) .- A ) )
47		oveq2 6036	. . . . . . 7 |- ( x = z -> ( A .+ x ) = ( A .+ z ) )
48	47	oveq1d 6043	. . . . . 6 |- ( x = z -> ( ( A .+ x ) .- A ) = ( ( A .+ z ) .- A ) )
49	1, 2, 13, 14, 19	grpcld 13677	. . . . . . 7 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( A .+ z ) e. X )
50	1, 8	grpsubcl 13743	. . . . . . 7 |- ( ( G e. Grp /\ ( A .+ z ) e. X /\ A e. X ) -> ( ( A .+ z ) .- A ) e. X )
51	13, 49, 14, 50	syl3anc 1274	. . . . . 6 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( ( A .+ z ) .- A ) e. X )
52	11, 48, 19, 51	fvmptd3 5749	. . . . 5 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( F ` z ) = ( ( A .+ z ) .- A ) )
53	46, 52	oveq12d 6046	. . . 4 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( ( F ` y ) .+ ( F ` z ) ) = ( ( ( A .+ y ) .- A ) .+ ( ( A .+ z ) .- A ) ) )
54	36, 43, 53	3eqtr4d 2274	. . 3 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( y e. X /\ z e. X ) ) -> ( F ` ( y .+ z ) ) = ( ( F ` y ) .+ ( F ` z ) ) )
55	1, 1, 2, 2, 3, 3, 12, 54	isghmd 13919	. 2 |- ( ( G e. Grp /\ A e. X ) -> F e. ( G GrpHom G ) )
56	3	adantr 276	. . . 4 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ y e. X ) -> G e. Grp )
57		eqid 2231	. . . . . 6 |- ( invg ` G ) = ( invg ` G )
58	1, 57	grpinvcl 13711	. . . . 5 |- ( ( G e. Grp /\ A e. X ) -> ( ( invg ` G ) ` A ) e. X )
59	58	adantr 276	. . . 4 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ y e. X ) -> ( ( invg ` G ) ` A ) e. X )
60		simpr 110	. . . . 5 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ y e. X ) -> y e. X )
61		simplr 529	. . . . 5 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ y e. X ) -> A e. X )
62	1, 2, 56, 60, 61	grpcld 13677	. . . 4 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ y e. X ) -> ( y .+ A ) e. X )
63	1, 2, 56, 59, 62	grpcld 13677	. . 3 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ y e. X ) -> ( ( ( invg ` G ) ` A ) .+ ( y .+ A ) ) e. X )
64	3	adantr 276	. . . . . 6 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( x e. X /\ y e. X ) ) -> G e. Grp )
65	62	adantrl 478	. . . . . 6 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( x e. X /\ y e. X ) ) -> ( y .+ A ) e. X )
66	6	adantrr 479	. . . . . 6 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( x e. X /\ y e. X ) ) -> ( A .+ x ) e. X )
67	58	adantr 276	. . . . . 6 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( x e. X /\ y e. X ) ) -> ( ( invg ` G ) ` A ) e. X )
68	1, 2	grplcan 13725	. . . . . 6 |- ( ( G e. Grp /\ ( ( y .+ A ) e. X /\ ( A .+ x ) e. X /\ ( ( invg ` G ) ` A ) e. X ) ) -> ( ( ( ( invg ` G ) ` A ) .+ ( y .+ A ) ) = ( ( ( invg ` G ) ` A ) .+ ( A .+ x ) ) <-> ( y .+ A ) = ( A .+ x ) ) )
69	64, 65, 66, 67, 68	syl13anc 1276	. . . . 5 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( x e. X /\ y e. X ) ) -> ( ( ( ( invg ` G ) ` A ) .+ ( y .+ A ) ) = ( ( ( invg ` G ) ` A ) .+ ( A .+ x ) ) <-> ( y .+ A ) = ( A .+ x ) ) )
70		eqid 2231	. . . . . . . . . 10 |- ( 0g ` G ) = ( 0g ` G )
71	1, 2, 70, 57	grplinv 13713	. . . . . . . . 9 |- ( ( G e. Grp /\ A e. X ) -> ( ( ( invg ` G ) ` A ) .+ A ) = ( 0g ` G ) )
72	71	adantr 276	. . . . . . . 8 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( x e. X /\ y e. X ) ) -> ( ( ( invg ` G ) ` A ) .+ A ) = ( 0g ` G ) )
73	72	oveq1d 6043	. . . . . . 7 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( x e. X /\ y e. X ) ) -> ( ( ( ( invg ` G ) ` A ) .+ A ) .+ x ) = ( ( 0g ` G ) .+ x ) )
74		simplr 529	. . . . . . . 8 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( x e. X /\ y e. X ) ) -> A e. X )
75		simprl 531	. . . . . . . 8 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( x e. X /\ y e. X ) ) -> x e. X )
76	1, 2	grpass 13672	. . . . . . . 8 |- ( ( G e. Grp /\ ( ( ( invg ` G ) ` A ) e. X /\ A e. X /\ x e. X ) ) -> ( ( ( ( invg ` G ) ` A ) .+ A ) .+ x ) = ( ( ( invg ` G ) ` A ) .+ ( A .+ x ) ) )
77	64, 67, 74, 75, 76	syl13anc 1276	. . . . . . 7 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( x e. X /\ y e. X ) ) -> ( ( ( ( invg ` G ) ` A ) .+ A ) .+ x ) = ( ( ( invg ` G ) ` A ) .+ ( A .+ x ) ) )
78	1, 2, 70	grplid 13694	. . . . . . . 8 |- ( ( G e. Grp /\ x e. X ) -> ( ( 0g ` G ) .+ x ) = x )
79	78	ad2ant2r 509	. . . . . . 7 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( x e. X /\ y e. X ) ) -> ( ( 0g ` G ) .+ x ) = x )
80	73, 77, 79	3eqtr3rd 2273	. . . . . 6 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( x e. X /\ y e. X ) ) -> x = ( ( ( invg ` G ) ` A ) .+ ( A .+ x ) ) )
81	80	eqeq2d 2243	. . . . 5 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( x e. X /\ y e. X ) ) -> ( ( ( ( invg ` G ) ` A ) .+ ( y .+ A ) ) = x <-> ( ( ( invg ` G ) ` A ) .+ ( y .+ A ) ) = ( ( ( invg ` G ) ` A ) .+ ( A .+ x ) ) ) )
82		simprr 533	. . . . . 6 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( x e. X /\ y e. X ) ) -> y e. X )
83	1, 2, 8	grpsubadd 13751	. . . . . 6 |- ( ( G e. Grp /\ ( ( A .+ x ) e. X /\ A e. X /\ y e. X ) ) -> ( ( ( A .+ x ) .- A ) = y <-> ( y .+ A ) = ( A .+ x ) ) )
84	64, 66, 74, 82, 83	syl13anc 1276	. . . . 5 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( x e. X /\ y e. X ) ) -> ( ( ( A .+ x ) .- A ) = y <-> ( y .+ A ) = ( A .+ x ) ) )
85	69, 81, 84	3bitr4d 220	. . . 4 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( x e. X /\ y e. X ) ) -> ( ( ( ( invg ` G ) ` A ) .+ ( y .+ A ) ) = x <-> ( ( A .+ x ) .- A ) = y ) )
86		eqcom 2233	. . . 4 |- ( x = ( ( ( invg ` G ) ` A ) .+ ( y .+ A ) ) <-> ( ( ( invg ` G ) ` A ) .+ ( y .+ A ) ) = x )
87		eqcom 2233	. . . 4 |- ( y = ( ( A .+ x ) .- A ) <-> ( ( A .+ x ) .- A ) = y )
88	85, 86, 87	3bitr4g 223	. . 3 |- ( ( ( G e. Grp /\ A e. X ) /\ ( x e. X /\ y e. X ) ) -> ( x = ( ( ( invg ` G ) ` A ) .+ ( y .+ A ) ) <-> y = ( ( A .+ x ) .- A ) ) )
89	11, 10, 63, 88	f1o2d 6238	. 2 |- ( ( G e. Grp /\ A e. X ) -> F : X -1-1-onto-> X )
90	55, 89	jca 306	1 |- ( ( G e. Grp /\ A e. X ) -> ( F e. ( G GrpHom G ) /\ F : X -1-1-onto-> X ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   <-> wb 105   = wceq 1398   e. wcel 2202   |-> cmpt 4155   -1-1-onto->wf1o 5332   ` cfv 5333  (class class class)co 6028   Basecbs 13162   +g cplusg 13240   0gc0g 13419   Grpcgrp 13663   invgcminusg 13664   -gcsg 13665   GrpHom cghm 13907

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 619  ax-in2 620  ax-io 717  ax-5 1496  ax-7 1497  ax-gen 1498  ax-ie1 1542  ax-ie2 1543  ax-8 1553  ax-10 1554  ax-11 1555  ax-i12 1556  ax-bndl 1558  ax-4 1559  ax-17 1575  ax-i9 1579  ax-ial 1583  ax-i5r 1584  ax-13 2204  ax-14 2205  ax-ext 2213  ax-coll 4209  ax-sep 4212  ax-pow 4270  ax-pr 4305  ax-un 4536  ax-setind 4641  ax-cnex 8183  ax-resscn 8184  ax-1re 8186  ax-addrcl 8189

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3an 1007  df-tru 1401  df-fal 1404  df-nf 1510  df-sb 1811  df-eu 2082  df-mo 2083  df-clab 2218  df-cleq 2224  df-clel 2227  df-nfc 2364  df-ne 2404  df-ral 2516  df-rex 2517  df-reu 2518  df-rmo 2519  df-rab 2520  df-v 2805  df-sbc 3033  df-csb 3129  df-dif 3203  df-un 3205  df-in 3207  df-ss 3214  df-pw 3658  df-sn 3679  df-pr 3680  df-op 3682  df-uni 3899  df-int 3934  df-iun 3977  df-br 4094  df-opab 4156  df-mpt 4157  df-id 4396  df-xp 4737  df-rel 4738  df-cnv 4739  df-co 4740  df-dm 4741  df-rn 4742  df-res 4743  df-ima 4744  df-iota 5293  df-fun 5335  df-fn 5336  df-f 5337  df-f1 5338  df-fo 5339  df-f1o 5340  df-fv 5341  df-riota 5981  df-ov 6031  df-oprab 6032  df-mpo 6033  df-1st 6312  df-2nd 6313  df-inn 9203  df-2 9261  df-ndx 13165  df-slot 13166  df-base 13168  df-plusg 13253  df-0g 13421  df-mgm 13519  df-sgrp 13565  df-mnd 13580  df-grp 13666  df-minusg 13667  df-sbg 13668  df-ghm 13908

This theorem is referenced by:  conjsubg  13944  conjsubgen  13945