Theorem gastacl 18092

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		ssrab2 3912	. . . 4 ⊢ {𝑢 ∈ 𝑋 ∣ (𝑢 ⊕ 𝐴) = 𝐴} ⊆ 𝑋
3	1, 2	eqsstri 3860	. . 3 ⊢ 𝐻 ⊆ 𝑋
4	3	a1i 11	. 2 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → 𝐻 ⊆ 𝑋)
5		gagrp 18075	. . . . . 6 ⊢ ( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) → 𝐺 ∈ Grp)
6	5	adantr 474	. . . . 5 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → 𝐺 ∈ Grp)
7		gasta.1	. . . . . 6 ⊢ 𝑋 = (Base‘𝐺)
8		eqid 2825	. . . . . 6 ⊢ (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
9	7, 8	grpidcl 17804	. . . . 5 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (0g‘𝐺) ∈ 𝑋)
10	6, 9	syl 17	. . . 4 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → (0g‘𝐺) ∈ 𝑋)
11	8	gagrpid 18077	. . . 4 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → ((0g‘𝐺) ⊕ 𝐴) = 𝐴)
12		oveq1 6912	. . . . . 6 ⊢ (𝑢 = (0g‘𝐺) → (𝑢 ⊕ 𝐴) = ((0g‘𝐺) ⊕ 𝐴))
13	12	eqeq1d 2827	. . . . 5 ⊢ (𝑢 = (0g‘𝐺) → ((𝑢 ⊕ 𝐴) = 𝐴 ↔ ((0g‘𝐺) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
14	13, 1	elrab2 3589	. . . 4 ⊢ ((0g‘𝐺) ∈ 𝐻 ↔ ((0g‘𝐺) ∈ 𝑋 ∧ ((0g‘𝐺) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
15	10, 11, 14	sylanbrc 580	. . 3 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → (0g‘𝐺) ∈ 𝐻)
16	15	ne0d 4151	. 2 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → 𝐻 ≠ ∅)
17		simpll 785	. . . . . . . . 9 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌))
18	17, 5	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → 𝐺 ∈ Grp)
19		simpr 479	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → 𝑥 ∈ 𝐻)
20		oveq1 6912	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑢 = 𝑥 → (𝑢 ⊕ 𝐴) = (𝑥 ⊕ 𝐴))
21	20	eqeq1d 2827	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑢 = 𝑥 → ((𝑢 ⊕ 𝐴) = 𝐴 ↔ (𝑥 ⊕ 𝐴) = 𝐴))
22	21, 1	elrab2 3589	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐻 ↔ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ (𝑥 ⊕ 𝐴) = 𝐴))
23	19, 22	sylib 210	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ (𝑥 ⊕ 𝐴) = 𝐴))
24	23	simpld 490	. . . . . . . . 9 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → 𝑥 ∈ 𝑋)
25	24	adantrr 710	. . . . . . . 8 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → 𝑥 ∈ 𝑋)
26		simprr 791	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → 𝑦 ∈ 𝐻)
27		oveq1 6912	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑢 = 𝑦 → (𝑢 ⊕ 𝐴) = (𝑦 ⊕ 𝐴))
28	27	eqeq1d 2827	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑢 = 𝑦 → ((𝑢 ⊕ 𝐴) = 𝐴 ↔ (𝑦 ⊕ 𝐴) = 𝐴))
29	28, 1	elrab2 3589	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑦 ∈ 𝐻 ↔ (𝑦 ∈ 𝑋 ∧ (𝑦 ⊕ 𝐴) = 𝐴))
30	26, 29	sylib 210	. . . . . . . . 9 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → (𝑦 ∈ 𝑋 ∧ (𝑦 ⊕ 𝐴) = 𝐴))
31	30	simpld 490	. . . . . . . 8 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → 𝑦 ∈ 𝑋)
32		eqid 2825	. . . . . . . . 9 ⊢ (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
33	7, 32	grpcl 17784	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑋)
34	18, 25, 31, 33	syl3anc 1496	. . . . . . 7 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑋)
35		simplr 787	. . . . . . . . 9 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → 𝐴 ∈ 𝑌)
36	7, 32	gaass 18080	. . . . . . . . 9 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋 ∧ 𝐴 ∈ 𝑌)) → ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ⊕ 𝐴) = (𝑥 ⊕ (𝑦 ⊕ 𝐴)))
37	17, 25, 31, 35, 36	syl13anc 1497	. . . . . . . 8 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ⊕ 𝐴) = (𝑥 ⊕ (𝑦 ⊕ 𝐴)))
38	30	simprd 491	. . . . . . . . 9 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → (𝑦 ⊕ 𝐴) = 𝐴)
39	38	oveq2d 6921	. . . . . . . 8 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → (𝑥 ⊕ (𝑦 ⊕ 𝐴)) = (𝑥 ⊕ 𝐴))
40	23	simprd 491	. . . . . . . . 9 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → (𝑥 ⊕ 𝐴) = 𝐴)
41	40	adantrr 710	. . . . . . . 8 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → (𝑥 ⊕ 𝐴) = 𝐴)
42	37, 39, 41	3eqtrd 2865	. . . . . . 7 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ⊕ 𝐴) = 𝐴)
43		oveq1 6912	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑢 = (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) → (𝑢 ⊕ 𝐴) = ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ⊕ 𝐴))
44	43	eqeq1d 2827	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑢 = (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) → ((𝑢 ⊕ 𝐴) = 𝐴 ↔ ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
45	44, 1	elrab2 3589	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻 ↔ ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑋 ∧ ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
46	34, 42, 45	sylanbrc 580	. . . . . 6 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻)
47	46	anassrs 461	. . . . 5 ⊢ (((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) ∧ 𝑦 ∈ 𝐻) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻)
48	47	ralrimiva 3175	. . . 4 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → ∀𝑦 ∈ 𝐻 (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻)
49		simpll 785	. . . . . . 7 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌))
50	49, 5	syl 17	. . . . . 6 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → 𝐺 ∈ Grp)
51		eqid 2825	. . . . . . 7 ⊢ (invg‘𝐺) = (invg‘𝐺)
52	7, 51	grpinvcl 17821	. . . . . 6 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝑋)
53	50, 24, 52	syl2anc 581	. . . . 5 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝑋)
54		simplr 787	. . . . . . 7 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → 𝐴 ∈ 𝑌)
55	7, 51	gacan 18088	. . . . . . 7 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝐴 ∈ 𝑌 ∧ 𝐴 ∈ 𝑌)) → ((𝑥 ⊕ 𝐴) = 𝐴 ↔ (((invg‘𝐺)‘𝑥) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
56	49, 24, 54, 54, 55	syl13anc 1497	. . . . . 6 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → ((𝑥 ⊕ 𝐴) = 𝐴 ↔ (((invg‘𝐺)‘𝑥) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
57	40, 56	mpbid 224	. . . . 5 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → (((invg‘𝐺)‘𝑥) ⊕ 𝐴) = 𝐴)
58		oveq1 6912	. . . . . . 7 ⊢ (𝑢 = ((invg‘𝐺)‘𝑥) → (𝑢 ⊕ 𝐴) = (((invg‘𝐺)‘𝑥) ⊕ 𝐴))
59	58	eqeq1d 2827	. . . . . 6 ⊢ (𝑢 = ((invg‘𝐺)‘𝑥) → ((𝑢 ⊕ 𝐴) = 𝐴 ↔ (((invg‘𝐺)‘𝑥) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
60	59, 1	elrab2 3589	. . . . 5 ⊢ (((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝐻 ↔ (((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝑋 ∧ (((invg‘𝐺)‘𝑥) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
61	53, 57, 60	sylanbrc 580	. . . 4 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝐻)
62	48, 61	jca 509	. . 3 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → (∀𝑦 ∈ 𝐻 (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝐻))
63	62	ralrimiva 3175	. 2 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → ∀𝑥 ∈ 𝐻 (∀𝑦 ∈ 𝐻 (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝐻))
64	7, 32, 51	issubg2 17960	. . 3 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (𝐻 ∈ (SubGrp‘𝐺) ↔ (𝐻 ⊆ 𝑋 ∧ 𝐻 ≠ ∅ ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐻 (∀𝑦 ∈ 𝐻 (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝐻))))
65	6, 64	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))))
66	4, 16, 63, 65	mpbir3and 1448	1 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → 𝐻 ∈ (SubGrp‘𝐺))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 198   ∧ wa 386   ∧ w3a 1113   = wceq 1658   ∈ wcel 2166   ≠ wne 2999  ∀wral 3117  {crab 3121   ⊆ wss 3798  ∅c0 4144  ‘cfv 6123  (class class class)co 6905  Basecbs 16222  +_gcplusg 16305  0_gc0g 16453  Grpcgrp 17776  inv_gcminusg 17777  SubGrpcsubg 17939   GrpAct cga 18072

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1896  ax-4 1910  ax-5 2011  ax-6 2077  ax-7 2114  ax-8 2168  ax-9 2175  ax-10 2194  ax-11 2209  ax-12 2222  ax-13 2391  ax-ext 2803  ax-rep 4994  ax-sep 5005  ax-nul 5013  ax-pow 5065  ax-pr 5127  ax-un 7209  ax-cnex 10308  ax-resscn 10309  ax-1cn 10310  ax-icn 10311  ax-addcl 10312  ax-addrcl 10313  ax-mulcl 10314  ax-mulrcl 10315  ax-mulcom 10316  ax-addass 10317  ax-mulass 10318  ax-distr 10319  ax-i2m1 10320  ax-1ne0 10321  ax-1rid 10322  ax-rnegex 10323  ax-rrecex 10324  ax-cnre 10325  ax-pre-lttri 10326  ax-pre-lttrn 10327  ax-pre-ltadd 10328  ax-pre-mulgt0 10329

This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 387  df-or 881  df-3or 1114  df-3an 1115  df-tru 1662  df-ex 1881  df-nf 1885  df-sb 2070  df-mo 2605  df-eu 2640  df-clab 2812  df-cleq 2818  df-clel 2821  df-nfc 2958  df-ne 3000  df-nel 3103  df-ral 3122  df-rex 3123  df-reu 3124  df-rmo 3125  df-rab 3126  df-v 3416  df-sbc 3663  df-csb 3758  df-dif 3801  df-un 3803  df-in 3805  df-ss 3812  df-pss 3814  df-nul 4145  df-if 4307  df-pw 4380  df-sn 4398  df-pr 4400  df-tp 4402  df-op 4404  df-uni 4659  df-iun 4742  df-br 4874  df-opab 4936  df-mpt 4953  df-tr 4976  df-id 5250  df-eprel 5255  df-po 5263  df-so 5264  df-fr 5301  df-we 5303  df-xp 5348  df-rel 5349  df-cnv 5350  df-co 5351  df-dm 5352  df-rn 5353  df-res 5354  df-ima 5355  df-pred 5920  df-ord 5966  df-on 5967  df-lim 5968  df-suc 5969  df-iota 6086  df-fun 6125  df-fn 6126  df-f 6127  df-f1 6128  df-fo 6129  df-f1o 6130  df-fv 6131  df-riota 6866  df-ov 6908  df-oprab 6909  df-mpt2 6910  df-om 7327  df-wrecs 7672  df-recs 7734  df-rdg 7772  df-er 8009  df-map 8124  df-en 8223  df-dom 8224  df-sdom 8225  df-pnf 10393  df-mnf 10394  df-xr 10395  df-ltxr 10396  df-le 10397  df-sub 10587  df-neg 10588  df-nn 11351  df-2 11414  df-ndx 16225  df-slot 16226  df-base 16228  df-sets 16229  df-ress 16230  df-plusg 16318  df-0g 16455  df-mgm 17595  df-sgrp 17637  df-mnd 17648  df-grp 17779  df-minusg 17780  df-subg 17942  df-ga 18073

This theorem is referenced by:  gastacos  18093  orbstafun  18094  orbstaval  18095  orbsta  18096  orbsta2  18097  sylow1lem5  18368