Theorem gastacl 18657

Description: The stabilizer subgroup in a group action. (Contributed by Mario Carneiro, 15-Jan-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
gasta.1	⊢ 𝑋 = (Base‘𝐺)
gasta.2	⊢ 𝐻 = {𝑢 ∈ 𝑋 ∣ (𝑢 ⊕ 𝐴) = 𝐴}

Assertion

Ref	Expression
gastacl	⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → 𝐻 ∈ (SubGrp‘𝐺))

Distinct variable groups:   𝑢, ⊕   𝑢,𝐴   𝑢,𝐺   𝑢,𝑋

Allowed substitution hints:   𝐻(𝑢)   𝑌(𝑢)

Proof of Theorem gastacl

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		gasta.2	. . . 4 ⊢ 𝐻 = {𝑢 ∈ 𝑋 ∣ (𝑢 ⊕ 𝐴) = 𝐴}
2	1	ssrab3 3981	. . 3 ⊢ 𝐻 ⊆ 𝑋
3	2	a1i 11	. 2 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → 𝐻 ⊆ 𝑋)
4		gagrp 18640	. . . . . 6 ⊢ ( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) → 𝐺 ∈ Grp)
5	4	adantr 484	. . . . 5 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → 𝐺 ∈ Grp)
6		gasta.1	. . . . . 6 ⊢ 𝑋 = (Base‘𝐺)
7		eqid 2736	. . . . . 6 ⊢ (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
8	6, 7	grpidcl 18349	. . . . 5 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (0g‘𝐺) ∈ 𝑋)
9	5, 8	syl 17	. . . 4 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → (0g‘𝐺) ∈ 𝑋)
10	7	gagrpid 18642	. . . 4 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → ((0g‘𝐺) ⊕ 𝐴) = 𝐴)
11		oveq1 7198	. . . . . 6 ⊢ (𝑢 = (0g‘𝐺) → (𝑢 ⊕ 𝐴) = ((0g‘𝐺) ⊕ 𝐴))
12	11	eqeq1d 2738	. . . . 5 ⊢ (𝑢 = (0g‘𝐺) → ((𝑢 ⊕ 𝐴) = 𝐴 ↔ ((0g‘𝐺) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
13	12, 1	elrab2 3594	. . . 4 ⊢ ((0g‘𝐺) ∈ 𝐻 ↔ ((0g‘𝐺) ∈ 𝑋 ∧ ((0g‘𝐺) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
14	9, 10, 13	sylanbrc 586	. . 3 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → (0g‘𝐺) ∈ 𝐻)
15	14	ne0d 4236	. 2 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → 𝐻 ≠ ∅)
16		simpll 767	. . . . . . . . 9 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌))
17	16, 4	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → 𝐺 ∈ Grp)
18		simpr 488	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → 𝑥 ∈ 𝐻)
19		oveq1 7198	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑢 = 𝑥 → (𝑢 ⊕ 𝐴) = (𝑥 ⊕ 𝐴))
20	19	eqeq1d 2738	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑢 = 𝑥 → ((𝑢 ⊕ 𝐴) = 𝐴 ↔ (𝑥 ⊕ 𝐴) = 𝐴))
21	20, 1	elrab2 3594	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐻 ↔ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ (𝑥 ⊕ 𝐴) = 𝐴))
22	18, 21	sylib 221	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ (𝑥 ⊕ 𝐴) = 𝐴))
23	22	simpld 498	. . . . . . . . 9 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → 𝑥 ∈ 𝑋)
24	23	adantrr 717	. . . . . . . 8 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → 𝑥 ∈ 𝑋)
25		simprr 773	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → 𝑦 ∈ 𝐻)
26		oveq1 7198	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑢 = 𝑦 → (𝑢 ⊕ 𝐴) = (𝑦 ⊕ 𝐴))
27	26	eqeq1d 2738	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑢 = 𝑦 → ((𝑢 ⊕ 𝐴) = 𝐴 ↔ (𝑦 ⊕ 𝐴) = 𝐴))
28	27, 1	elrab2 3594	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑦 ∈ 𝐻 ↔ (𝑦 ∈ 𝑋 ∧ (𝑦 ⊕ 𝐴) = 𝐴))
29	25, 28	sylib 221	. . . . . . . . 9 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → (𝑦 ∈ 𝑋 ∧ (𝑦 ⊕ 𝐴) = 𝐴))
30	29	simpld 498	. . . . . . . 8 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → 𝑦 ∈ 𝑋)
31		eqid 2736	. . . . . . . . 9 ⊢ (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
32	6, 31	grpcl 18327	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑋)
33	17, 24, 30, 32	syl3anc 1373	. . . . . . 7 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑋)
34		simplr 769	. . . . . . . . 9 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → 𝐴 ∈ 𝑌)
35	6, 31	gaass 18645	. . . . . . . . 9 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋 ∧ 𝐴 ∈ 𝑌)) → ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ⊕ 𝐴) = (𝑥 ⊕ (𝑦 ⊕ 𝐴)))
36	16, 24, 30, 34, 35	syl13anc 1374	. . . . . . . 8 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ⊕ 𝐴) = (𝑥 ⊕ (𝑦 ⊕ 𝐴)))
37	29	simprd 499	. . . . . . . . 9 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → (𝑦 ⊕ 𝐴) = 𝐴)
38	37	oveq2d 7207	. . . . . . . 8 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → (𝑥 ⊕ (𝑦 ⊕ 𝐴)) = (𝑥 ⊕ 𝐴))
39	22	simprd 499	. . . . . . . . 9 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → (𝑥 ⊕ 𝐴) = 𝐴)
40	39	adantrr 717	. . . . . . . 8 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → (𝑥 ⊕ 𝐴) = 𝐴)
41	36, 38, 40	3eqtrd 2775	. . . . . . 7 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ⊕ 𝐴) = 𝐴)
42		oveq1 7198	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑢 = (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) → (𝑢 ⊕ 𝐴) = ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ⊕ 𝐴))
43	42	eqeq1d 2738	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑢 = (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) → ((𝑢 ⊕ 𝐴) = 𝐴 ↔ ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
44	43, 1	elrab2 3594	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻 ↔ ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑋 ∧ ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
45	33, 41, 44	sylanbrc 586	. . . . . 6 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻)
46	45	anassrs 471	. . . . 5 ⊢ (((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) ∧ 𝑦 ∈ 𝐻) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻)
47	46	ralrimiva 3095	. . . 4 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → ∀𝑦 ∈ 𝐻 (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻)
48		simpll 767	. . . . . . 7 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌))
49	48, 4	syl 17	. . . . . 6 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → 𝐺 ∈ Grp)
50		eqid 2736	. . . . . . 7 ⊢ (invg‘𝐺) = (invg‘𝐺)
51	6, 50	grpinvcl 18369	. . . . . 6 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝑋)
52	49, 23, 51	syl2anc 587	. . . . 5 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝑋)
53		simplr 769	. . . . . . 7 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → 𝐴 ∈ 𝑌)
54	6, 50	gacan 18653	. . . . . . 7 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝐴 ∈ 𝑌 ∧ 𝐴 ∈ 𝑌)) → ((𝑥 ⊕ 𝐴) = 𝐴 ↔ (((invg‘𝐺)‘𝑥) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
55	48, 23, 53, 53, 54	syl13anc 1374	. . . . . 6 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → ((𝑥 ⊕ 𝐴) = 𝐴 ↔ (((invg‘𝐺)‘𝑥) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
56	39, 55	mpbid 235	. . . . 5 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → (((invg‘𝐺)‘𝑥) ⊕ 𝐴) = 𝐴)
57		oveq1 7198	. . . . . . 7 ⊢ (𝑢 = ((invg‘𝐺)‘𝑥) → (𝑢 ⊕ 𝐴) = (((invg‘𝐺)‘𝑥) ⊕ 𝐴))
58	57	eqeq1d 2738	. . . . . 6 ⊢ (𝑢 = ((invg‘𝐺)‘𝑥) → ((𝑢 ⊕ 𝐴) = 𝐴 ↔ (((invg‘𝐺)‘𝑥) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
59	58, 1	elrab2 3594	. . . . 5 ⊢ (((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝐻 ↔ (((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝑋 ∧ (((invg‘𝐺)‘𝑥) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
60	52, 56, 59	sylanbrc 586	. . . 4 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝐻)
61	47, 60	jca 515	. . 3 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → (∀𝑦 ∈ 𝐻 (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝐻))
62	61	ralrimiva 3095	. 2 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → ∀𝑥 ∈ 𝐻 (∀𝑦 ∈ 𝐻 (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝐻))
63	6, 31, 50	issubg2 18512	. . 3 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (𝐻 ∈ (SubGrp‘𝐺) ↔ (𝐻 ⊆ 𝑋 ∧ 𝐻 ≠ ∅ ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐻 (∀𝑦 ∈ 𝐻 (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝐻))))
64	5, 63	syl 17	. 2 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → (𝐻 ∈ (SubGrp‘𝐺) ↔ (𝐻 ⊆ 𝑋 ∧ 𝐻 ≠ ∅ ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐻 (∀𝑦 ∈ 𝐻 (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝐻))))
65	3, 15, 62, 64	mpbir3and 1344	1 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → 𝐻 ∈ (SubGrp‘𝐺))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 399   ∧ w3a 1089   = wceq 1543   ∈ wcel 2112   ≠ wne 2932  ∀wral 3051  {crab 3055   ⊆ wss 3853  ∅c0 4223  ‘cfv 6358  (class class class)co 7191  Basecbs 16666  +_gcplusg 16749  0_gc0g 16898  Grpcgrp 18319  inv_gcminusg 18320  SubGrpcsubg 18491   GrpAct cga 18637

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1803  ax-4 1817  ax-5 1918  ax-6 1976  ax-7 2018  ax-8 2114  ax-9 2122  ax-10 2143  ax-11 2160  ax-12 2177  ax-ext 2708  ax-sep 5177  ax-nul 5184  ax-pow 5243  ax-pr 5307  ax-un 7501  ax-cnex 10750  ax-resscn 10751  ax-1cn 10752  ax-icn 10753  ax-addcl 10754  ax-addrcl 10755  ax-mulcl 10756  ax-mulrcl 10757  ax-mulcom 10758  ax-addass 10759  ax-mulass 10760  ax-distr 10761  ax-i2m1 10762  ax-1ne0 10763  ax-1rid 10764  ax-rnegex 10765  ax-rrecex 10766  ax-cnre 10767  ax-pre-lttri 10768  ax-pre-lttrn 10769  ax-pre-ltadd 10770  ax-pre-mulgt0 10771

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 848  df-3or 1090  df-3an 1091  df-tru 1546  df-fal 1556  df-ex 1788  df-nf 1792  df-sb 2073  df-mo 2539  df-eu 2568  df-clab 2715  df-cleq 2728  df-clel 2809  df-nfc 2879  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3056  df-rex 3057  df-reu 3058  df-rmo 3059  df-rab 3060  df-v 3400  df-sbc 3684  df-csb 3799  df-dif 3856  df-un 3858  df-in 3860  df-ss 3870  df-pss 3872  df-nul 4224  df-if 4426  df-pw 4501  df-sn 4528  df-pr 4530  df-tp 4532  df-op 4534  df-uni 4806  df-iun 4892  df-br 5040  df-opab 5102  df-mpt 5121  df-tr 5147  df-id 5440  df-eprel 5445  df-po 5453  df-so 5454  df-fr 5494  df-we 5496  df-xp 5542  df-rel 5543  df-cnv 5544  df-co 5545  df-dm 5546  df-rn 5547  df-res 5548  df-ima 5549  df-pred 6140  df-ord 6194  df-on 6195  df-lim 6196  df-suc 6197  df-iota 6316  df-fun 6360  df-fn 6361  df-f 6362  df-f1 6363  df-fo 6364  df-f1o 6365  df-fv 6366  df-riota 7148  df-ov 7194  df-oprab 7195  df-mpo 7196  df-om 7623  df-wrecs 8025  df-recs 8086  df-rdg 8124  df-er 8369  df-map 8488  df-en 8605  df-dom 8606  df-sdom 8607  df-pnf 10834  df-mnf 10835  df-xr 10836  df-ltxr 10837  df-le 10838  df-sub 11029  df-neg 11030  df-nn 11796  df-2 11858  df-ndx 16669  df-slot 16670  df-base 16672  df-sets 16673  df-ress 16674  df-plusg 16762  df-0g 16900  df-mgm 18068  df-sgrp 18117  df-mnd 18128  df-grp 18322  df-minusg 18323  df-subg 18494  df-ga 18638

This theorem is referenced by:  gastacos  18658  orbstafun  18659  orbstaval  18660  orbsta  18661  orbsta2  18662  sylow1lem5  18945