Theorem ghmnsgima 13985

Description: The image of a normal subgroup under a surjective homomorphism is normal. (Contributed by Mario Carneiro, 4-Feb-2015.)

Hypothesis

Ref	Expression
ghmnsgima.1	|- Y = ( Base ` T )

Assertion

Ref	Expression
ghmnsgima	|- ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) -> ( F " U ) e. (NrmSGrp ` T ) )

Proof of Theorem ghmnsgima

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simp1 1024	. . 3 |- ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) -> F e. ( S GrpHom T ) )
2		nsgsubg 13922	. . . 4 |- ( U e. (NrmSGrp ` S ) -> U e. (SubGrp ` S ) )
3	2	3ad2ant2 1046	. . 3 |- ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) -> U e. (SubGrp ` S ) )
4		ghmima 13982	. . 3 |- ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (SubGrp ` S ) ) -> ( F " U ) e. (SubGrp ` T ) )
5	1, 3, 4	syl2anc 411	. 2 |- ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) -> ( F " U ) e. (SubGrp ` T ) )
6	1	adantr 276	. . . . . . 7 |- ( ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) /\ ( z e. ( Base ` S ) /\ x e. U ) ) -> F e. ( S GrpHom T ) )
7		ghmgrp1 13962	. . . . . . . . 9 |- ( F e. ( S GrpHom T ) -> S e. Grp )
8	6, 7	syl 14	. . . . . . . 8 |- ( ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) /\ ( z e. ( Base ` S ) /\ x e. U ) ) -> S e. Grp )
9		simprl 531	. . . . . . . 8 |- ( ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) /\ ( z e. ( Base ` S ) /\ x e. U ) ) -> z e. ( Base ` S ) )
10		eqid 2232	. . . . . . . . . . . 12 |- ( Base ` S ) = ( Base ` S )
11	10	subgss 13891	. . . . . . . . . . 11 |- ( U e. (SubGrp ` S ) -> U C_ ( Base ` S ) )
12	3, 11	syl 14	. . . . . . . . . 10 |- ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) -> U C_ ( Base ` S ) )
13	12	adantr 276	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) /\ ( z e. ( Base ` S ) /\ x e. U ) ) -> U C_ ( Base ` S ) )
14		simprr 533	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) /\ ( z e. ( Base ` S ) /\ x e. U ) ) -> x e. U )
15	13, 14	sseldd 3239	. . . . . . . 8 |- ( ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) /\ ( z e. ( Base ` S ) /\ x e. U ) ) -> x e. ( Base ` S ) )
16		eqid 2232	. . . . . . . . 9 |- ( +g ` S ) = ( +g ` S )
17	10, 16	grpcl 13721	. . . . . . . 8 |- ( ( S e. Grp /\ z e. ( Base ` S ) /\ x e. ( Base ` S ) ) -> ( z ( +g ` S ) x ) e. ( Base ` S ) )
18	8, 9, 15, 17	syl3anc 1274	. . . . . . 7 |- ( ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) /\ ( z e. ( Base ` S ) /\ x e. U ) ) -> ( z ( +g ` S ) x ) e. ( Base ` S ) )
19		eqid 2232	. . . . . . . 8 |- ( -g ` S ) = ( -g ` S )
20		eqid 2232	. . . . . . . 8 |- ( -g ` T ) = ( -g ` T )
21	10, 19, 20	ghmsub 13968	. . . . . . 7 |- ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ ( z ( +g ` S ) x ) e. ( Base ` S ) /\ z e. ( Base ` S ) ) -> ( F ` ( ( z ( +g ` S ) x ) ( -g ` S ) z ) ) = ( ( F ` ( z ( +g ` S ) x ) ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) )
22	6, 18, 9, 21	syl3anc 1274	. . . . . 6 |- ( ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) /\ ( z e. ( Base ` S ) /\ x e. U ) ) -> ( F ` ( ( z ( +g ` S ) x ) ( -g ` S ) z ) ) = ( ( F ` ( z ( +g ` S ) x ) ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) )
23		eqid 2232	. . . . . . . . 9 |- ( +g ` T ) = ( +g ` T )
24	10, 16, 23	ghmlin 13965	. . . . . . . 8 |- ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ z e. ( Base ` S ) /\ x e. ( Base ` S ) ) -> ( F ` ( z ( +g ` S ) x ) ) = ( ( F ` z ) ( +g ` T ) ( F ` x ) ) )
25	6, 9, 15, 24	syl3anc 1274	. . . . . . 7 |- ( ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) /\ ( z e. ( Base ` S ) /\ x e. U ) ) -> ( F ` ( z ( +g ` S ) x ) ) = ( ( F ` z ) ( +g ` T ) ( F ` x ) ) )
26	25	oveq1d 6065	. . . . . 6 |- ( ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) /\ ( z e. ( Base ` S ) /\ x e. U ) ) -> ( ( F ` ( z ( +g ` S ) x ) ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) = ( ( ( F ` z ) ( +g ` T ) ( F ` x ) ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) )
27	22, 26	eqtrd 2265	. . . . 5 |- ( ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) /\ ( z e. ( Base ` S ) /\ x e. U ) ) -> ( F ` ( ( z ( +g ` S ) x ) ( -g ` S ) z ) ) = ( ( ( F ` z ) ( +g ` T ) ( F ` x ) ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) )
28		ghmnsgima.1	. . . . . . . . . 10 |- Y = ( Base ` T )
29	10, 28	ghmf 13964	. . . . . . . . 9 |- ( F e. ( S GrpHom T ) -> F : ( Base ` S ) --> Y )
30	1, 29	syl 14	. . . . . . . 8 |- ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) -> F : ( Base ` S ) --> Y )
31	30	adantr 276	. . . . . . 7 |- ( ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) /\ ( z e. ( Base ` S ) /\ x e. U ) ) -> F : ( Base ` S ) --> Y )
32	31	ffnd 5509	. . . . . 6 |- ( ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) /\ ( z e. ( Base ` S ) /\ x e. U ) ) -> F Fn ( Base ` S ) )
33		simpl2 1028	. . . . . . 7 |- ( ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) /\ ( z e. ( Base ` S ) /\ x e. U ) ) -> U e. (NrmSGrp ` S ) )
34	10, 16, 19	nsgconj 13923	. . . . . . 7 |- ( ( U e. (NrmSGrp ` S ) /\ z e. ( Base ` S ) /\ x e. U ) -> ( ( z ( +g ` S ) x ) ( -g ` S ) z ) e. U )
35	33, 9, 14, 34	syl3anc 1274	. . . . . 6 |- ( ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) /\ ( z e. ( Base ` S ) /\ x e. U ) ) -> ( ( z ( +g ` S ) x ) ( -g ` S ) z ) e. U )
36		fnfvima 5921	. . . . . 6 |- ( ( F Fn ( Base ` S ) /\ U C_ ( Base ` S ) /\ ( ( z ( +g ` S ) x ) ( -g ` S ) z ) e. U ) -> ( F ` ( ( z ( +g ` S ) x ) ( -g ` S ) z ) ) e. ( F " U ) )
37	32, 13, 35, 36	syl3anc 1274	. . . . 5 |- ( ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) /\ ( z e. ( Base ` S ) /\ x e. U ) ) -> ( F ` ( ( z ( +g ` S ) x ) ( -g ` S ) z ) ) e. ( F " U ) )
38	27, 37	eqeltrrd 2310	. . . 4 |- ( ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) /\ ( z e. ( Base ` S ) /\ x e. U ) ) -> ( ( ( F ` z ) ( +g ` T ) ( F ` x ) ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) e. ( F " U ) )
39	38	ralrimivva 2624	. . 3 |- ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) -> A. z e. ( Base ` S ) A. x e. U ( ( ( F ` z ) ( +g ` T ) ( F ` x ) ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) e. ( F " U ) )
40	30	ffnd 5509	. . . . 5 |- ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) -> F Fn ( Base ` S ) )
41		oveq1 6057	. . . . . . . . 9 |- ( x = ( F ` z ) -> ( x ( +g ` T ) y ) = ( ( F ` z ) ( +g ` T ) y ) )
42		id 19	. . . . . . . . 9 |- ( x = ( F ` z ) -> x = ( F ` z ) )
43	41, 42	oveq12d 6068	. . . . . . . 8 |- ( x = ( F ` z ) -> ( ( x ( +g ` T ) y ) ( -g ` T ) x ) = ( ( ( F ` z ) ( +g ` T ) y ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) )
44	43	eleq1d 2301	. . . . . . 7 |- ( x = ( F ` z ) -> ( ( ( x ( +g ` T ) y ) ( -g ` T ) x ) e. ( F " U ) <-> ( ( ( F ` z ) ( +g ` T ) y ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) e. ( F " U ) ) )
45	44	ralbidv 2542	. . . . . 6 |- ( x = ( F ` z ) -> ( A. y e. ( F " U ) ( ( x ( +g ` T ) y ) ( -g ` T ) x ) e. ( F " U ) <-> A. y e. ( F " U ) ( ( ( F ` z ) ( +g ` T ) y ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) e. ( F " U ) ) )
46	45	ralrn 5815	. . . . 5 |- ( F Fn ( Base ` S ) -> ( A. x e. ran F A. y e. ( F " U ) ( ( x ( +g ` T ) y ) ( -g ` T ) x ) e. ( F " U ) <-> A. z e. ( Base ` S ) A. y e. ( F " U ) ( ( ( F ` z ) ( +g ` T ) y ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) e. ( F " U ) ) )
47	40, 46	syl 14	. . . 4 |- ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) -> ( A. x e. ran F A. y e. ( F " U ) ( ( x ( +g ` T ) y ) ( -g ` T ) x ) e. ( F " U ) <-> A. z e. ( Base ` S ) A. y e. ( F " U ) ( ( ( F ` z ) ( +g ` T ) y ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) e. ( F " U ) ) )
48		simp3 1026	. . . . 5 |- ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) -> ran F = Y )
49	48	raleqdv 2747	. . . 4 |- ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) -> ( A. x e. ran F A. y e. ( F " U ) ( ( x ( +g ` T ) y ) ( -g ` T ) x ) e. ( F " U ) <-> A. x e. Y A. y e. ( F " U ) ( ( x ( +g ` T ) y ) ( -g ` T ) x ) e. ( F " U ) ) )
50		oveq2 6058	. . . . . . . . 9 |- ( y = ( F ` x ) -> ( ( F ` z ) ( +g ` T ) y ) = ( ( F ` z ) ( +g ` T ) ( F ` x ) ) )
51	50	oveq1d 6065	. . . . . . . 8 |- ( y = ( F ` x ) -> ( ( ( F ` z ) ( +g ` T ) y ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) = ( ( ( F ` z ) ( +g ` T ) ( F ` x ) ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) )
52	51	eleq1d 2301	. . . . . . 7 |- ( y = ( F ` x ) -> ( ( ( ( F ` z ) ( +g ` T ) y ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) e. ( F " U ) <-> ( ( ( F ` z ) ( +g ` T ) ( F ` x ) ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) e. ( F " U ) ) )
53	52	ralima 5928	. . . . . 6 |- ( ( F Fn ( Base ` S ) /\ U C_ ( Base ` S ) ) -> ( A. y e. ( F " U ) ( ( ( F ` z ) ( +g ` T ) y ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) e. ( F " U ) <-> A. x e. U ( ( ( F ` z ) ( +g ` T ) ( F ` x ) ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) e. ( F " U ) ) )
54	40, 12, 53	syl2anc 411	. . . . 5 |- ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) -> ( A. y e. ( F " U ) ( ( ( F ` z ) ( +g ` T ) y ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) e. ( F " U ) <-> A. x e. U ( ( ( F ` z ) ( +g ` T ) ( F ` x ) ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) e. ( F " U ) ) )
55	54	ralbidv 2542	. . . 4 |- ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) -> ( A. z e. ( Base ` S ) A. y e. ( F " U ) ( ( ( F ` z ) ( +g ` T ) y ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) e. ( F " U ) <-> A. z e. ( Base ` S ) A. x e. U ( ( ( F ` z ) ( +g ` T ) ( F ` x ) ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) e. ( F " U ) ) )
56	47, 49, 55	3bitr3d 218	. . 3 |- ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) -> ( A. x e. Y A. y e. ( F " U ) ( ( x ( +g ` T ) y ) ( -g ` T ) x ) e. ( F " U ) <-> A. z e. ( Base ` S ) A. x e. U ( ( ( F ` z ) ( +g ` T ) ( F ` x ) ) ( -g ` T ) ( F ` z ) ) e. ( F " U ) ) )
57	39, 56	mpbird 167	. 2 |- ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) -> A. x e. Y A. y e. ( F " U ) ( ( x ( +g ` T ) y ) ( -g ` T ) x ) e. ( F " U ) )
58	28, 23, 20	isnsg3 13924	. 2 |- ( ( F " U ) e. (NrmSGrp ` T ) <-> ( ( F " U ) e. (SubGrp ` T ) /\ A. x e. Y A. y e. ( F " U ) ( ( x ( +g ` T ) y ) ( -g ` T ) x ) e. ( F " U ) ) )
59	5, 57, 58	sylanbrc 417	1 |- ( ( F e. ( S GrpHom T ) /\ U e. (NrmSGrp ` S ) /\ ran F = Y ) -> ( F " U ) e. (NrmSGrp ` T ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   <-> wb 105   /\ w3a 1005   = wceq 1398   e. wcel 2203   A.wral 2520   C_ wss 3211   ran crn 4750   "cima 4752   Fn wfn 5347   -->wf 5348   ` cfv 5352  (class class class)co 6050   Basecbs 13212   +g cplusg 13290   Grpcgrp 13713   -gcsg 13715  SubGrpcsubg 13884  NrmSGrpcnsg 13885   GrpHom cghm 13957

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 2205  ax-14 2206  ax-ext 2214  ax-coll 4225  ax-sep 4228  ax-pow 4287  ax-pr 4322  ax-un 4554  ax-setind 4659  ax-cnex 8218  ax-resscn 8219  ax-1cn 8220  ax-1re 8221  ax-icn 8222  ax-addcl 8223  ax-addrcl 8224  ax-mulcl 8225  ax-addcom 8227  ax-addass 8229  ax-i2m1 8232  ax-0lt1 8233  ax-0id 8235  ax-rnegex 8236  ax-pre-ltirr 8239  ax-pre-ltadd 8243

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3an 1007  df-tru 1401  df-fal 1404  df-nf 1510  df-sb 1812  df-eu 2083  df-mo 2084  df-clab 2219  df-cleq 2225  df-clel 2228  df-nfc 2373  df-ne 2413  df-nel 2508  df-ral 2525  df-rex 2526  df-reu 2527  df-rmo 2528  df-rab 2529  df-v 2815  df-sbc 3043  df-csb 3139  df-dif 3213  df-un 3215  df-in 3217  df-ss 3224  df-nul 3509  df-pw 3671  df-sn 3695  df-pr 3696  df-op 3698  df-uni 3915  df-int 3950  df-iun 3993  df-br 4110  df-opab 4172  df-mpt 4173  df-id 4414  df-xp 4755  df-rel 4756  df-cnv 4757  df-co 4758  df-dm 4759  df-rn 4760  df-res 4761  df-ima 4762  df-iota 5312  df-fun 5354  df-fn 5355  df-f 5356  df-f1 5357  df-fo 5358  df-f1o 5359  df-fv 5360  df-riota 6003  df-ov 6053  df-oprab 6054  df-mpo 6055  df-1st 6334  df-2nd 6335  df-pnf 8310  df-mnf 8311  df-ltxr 8313  df-inn 9238  df-2 9296  df-ndx 13215  df-slot 13216  df-base 13218  df-sets 13219  df-iress 13220  df-plusg 13303  df-0g 13471  df-mgm 13569  df-sgrp 13615  df-mnd 13630  df-grp 13716  df-minusg 13717  df-sbg 13718  df-subg 13887  df-nsg 13888  df-ghm 13958

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