Theorem gastacl 19349

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 4105	. . 3 ⊢ 𝐻 ⊆ 𝑋
3	2	a1i 11	. 2 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → 𝐻 ⊆ 𝑋)
4		gagrp 19332	. . . . . 6 ⊢ ( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) → 𝐺 ∈ Grp)
5	4	adantr 480	. . . . 5 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → 𝐺 ∈ Grp)
6		gasta.1	. . . . . 6 ⊢ 𝑋 = (Base‘𝐺)
7		eqid 2740	. . . . . 6 ⊢ (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
8	6, 7	grpidcl 19005	. . . . 5 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (0g‘𝐺) ∈ 𝑋)
9	5, 8	syl 17	. . . 4 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → (0g‘𝐺) ∈ 𝑋)
10	7	gagrpid 19334	. . . 4 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → ((0g‘𝐺) ⊕ 𝐴) = 𝐴)
11		oveq1 7455	. . . . . 6 ⊢ (𝑢 = (0g‘𝐺) → (𝑢 ⊕ 𝐴) = ((0g‘𝐺) ⊕ 𝐴))
12	11	eqeq1d 2742	. . . . 5 ⊢ (𝑢 = (0g‘𝐺) → ((𝑢 ⊕ 𝐴) = 𝐴 ↔ ((0g‘𝐺) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
13	12, 1	elrab2 3711	. . . 4 ⊢ ((0g‘𝐺) ∈ 𝐻 ↔ ((0g‘𝐺) ∈ 𝑋 ∧ ((0g‘𝐺) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
14	9, 10, 13	sylanbrc 582	. . 3 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → (0g‘𝐺) ∈ 𝐻)
15	14	ne0d 4365	. 2 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → 𝐻 ≠ ∅)
16		simpll 766	. . . . . . . . 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 484	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → 𝑥 ∈ 𝐻)
19		oveq1 7455	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑢 = 𝑥 → (𝑢 ⊕ 𝐴) = (𝑥 ⊕ 𝐴))
20	19	eqeq1d 2742	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑢 = 𝑥 → ((𝑢 ⊕ 𝐴) = 𝐴 ↔ (𝑥 ⊕ 𝐴) = 𝐴))
21	20, 1	elrab2 3711	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐻 ↔ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ (𝑥 ⊕ 𝐴) = 𝐴))
22	18, 21	sylib 218	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ (𝑥 ⊕ 𝐴) = 𝐴))
23	22	simpld 494	. . . . . . . . 9 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → 𝑥 ∈ 𝑋)
24	23	adantrr 716	. . . . . . . 8 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → 𝑥 ∈ 𝑋)
25		simprr 772	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → 𝑦 ∈ 𝐻)
26		oveq1 7455	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑢 = 𝑦 → (𝑢 ⊕ 𝐴) = (𝑦 ⊕ 𝐴))
27	26	eqeq1d 2742	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑢 = 𝑦 → ((𝑢 ⊕ 𝐴) = 𝐴 ↔ (𝑦 ⊕ 𝐴) = 𝐴))
28	27, 1	elrab2 3711	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑦 ∈ 𝐻 ↔ (𝑦 ∈ 𝑋 ∧ (𝑦 ⊕ 𝐴) = 𝐴))
29	25, 28	sylib 218	. . . . . . . . 9 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → (𝑦 ∈ 𝑋 ∧ (𝑦 ⊕ 𝐴) = 𝐴))
30	29	simpld 494	. . . . . . . 8 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → 𝑦 ∈ 𝑋)
31		eqid 2740	. . . . . . . . 9 ⊢ (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
32	6, 31	grpcl 18981	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑋)
33	17, 24, 30, 32	syl3anc 1371	. . . . . . 7 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑋)
34		simplr 768	. . . . . . . . 9 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → 𝐴 ∈ 𝑌)
35	6, 31	gaass 19337	. . . . . . . . 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 1372	. . . . . . . 8 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ⊕ 𝐴) = (𝑥 ⊕ (𝑦 ⊕ 𝐴)))
37	29	simprd 495	. . . . . . . . 9 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → (𝑦 ⊕ 𝐴) = 𝐴)
38	37	oveq2d 7464	. . . . . . . 8 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → (𝑥 ⊕ (𝑦 ⊕ 𝐴)) = (𝑥 ⊕ 𝐴))
39	22	simprd 495	. . . . . . . . 9 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → (𝑥 ⊕ 𝐴) = 𝐴)
40	39	adantrr 716	. . . . . . . 8 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → (𝑥 ⊕ 𝐴) = 𝐴)
41	36, 38, 40	3eqtrd 2784	. . . . . . 7 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ⊕ 𝐴) = 𝐴)
42		oveq1 7455	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑢 = (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) → (𝑢 ⊕ 𝐴) = ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ⊕ 𝐴))
43	42	eqeq1d 2742	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑢 = (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) → ((𝑢 ⊕ 𝐴) = 𝐴 ↔ ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
44	43, 1	elrab2 3711	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻 ↔ ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑋 ∧ ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
45	33, 41, 44	sylanbrc 582	. . . . . 6 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ (𝑥 ∈ 𝐻 ∧ 𝑦 ∈ 𝐻)) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻)
46	45	anassrs 467	. . . . 5 ⊢ (((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) ∧ 𝑦 ∈ 𝐻) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻)
47	46	ralrimiva 3152	. . . 4 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → ∀𝑦 ∈ 𝐻 (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻)
48		simpll 766	. . . . . . 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 2740	. . . . . . 7 ⊢ (invg‘𝐺) = (invg‘𝐺)
51	6, 50	grpinvcl 19027	. . . . . 6 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝑋)
52	49, 23, 51	syl2anc 583	. . . . 5 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝑋)
53		simplr 768	. . . . . . 7 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → 𝐴 ∈ 𝑌)
54	6, 50	gacan 19345	. . . . . . 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 1372	. . . . . 6 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → ((𝑥 ⊕ 𝐴) = 𝐴 ↔ (((invg‘𝐺)‘𝑥) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
56	39, 55	mpbid 232	. . . . 5 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → (((invg‘𝐺)‘𝑥) ⊕ 𝐴) = 𝐴)
57		oveq1 7455	. . . . . . 7 ⊢ (𝑢 = ((invg‘𝐺)‘𝑥) → (𝑢 ⊕ 𝐴) = (((invg‘𝐺)‘𝑥) ⊕ 𝐴))
58	57	eqeq1d 2742	. . . . . 6 ⊢ (𝑢 = ((invg‘𝐺)‘𝑥) → ((𝑢 ⊕ 𝐴) = 𝐴 ↔ (((invg‘𝐺)‘𝑥) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
59	58, 1	elrab2 3711	. . . . 5 ⊢ (((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝐻 ↔ (((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝑋 ∧ (((invg‘𝐺)‘𝑥) ⊕ 𝐴) = 𝐴))
60	52, 56, 59	sylanbrc 582	. . . 4 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝐻)
61	47, 60	jca 511	. . 3 ⊢ ((( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) ∧ 𝑥 ∈ 𝐻) → (∀𝑦 ∈ 𝐻 (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝐻))
62	61	ralrimiva 3152	. 2 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → ∀𝑥 ∈ 𝐻 (∀𝑦 ∈ 𝐻 (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐻 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝐻))
63	6, 31, 50	issubg2 19181	. . 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 1342	1 ⊢ (( ⊕ ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴 ∈ 𝑌) → 𝐻 ∈ (SubGrp‘𝐺))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   ∧ w3a 1087   = wceq 1537   ∈ wcel 2108   ≠ wne 2946  ∀wral 3067  {crab 3443   ⊆ wss 3976  ∅c0 4352  ‘cfv 6573  (class class class)co 7448  Basecbs 17258  +_gcplusg 17311  0_gc0g 17499  Grpcgrp 18973  inv_gcminusg 18974  SubGrpcsubg 19160   GrpAct cga 19329

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1793  ax-4 1807  ax-5 1909  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2711  ax-sep 5317  ax-nul 5324  ax-pow 5383  ax-pr 5447  ax-un 7770  ax-cnex 11240  ax-resscn 11241  ax-1cn 11242  ax-icn 11243  ax-addcl 11244  ax-addrcl 11245  ax-mulcl 11246  ax-mulrcl 11247  ax-mulcom 11248  ax-addass 11249  ax-mulass 11250  ax-distr 11251  ax-i2m1 11252  ax-1ne0 11253  ax-1rid 11254  ax-rnegex 11255  ax-rrecex 11256  ax-cnre 11257  ax-pre-lttri 11258  ax-pre-lttrn 11259  ax-pre-ltadd 11260  ax-pre-mulgt0 11261

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 847  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1778  df-nf 1782  df-sb 2065  df-mo 2543  df-eu 2572  df-clab 2718  df-cleq 2732  df-clel 2819  df-nfc 2895  df-ne 2947  df-nel 3053  df-ral 3068  df-rex 3077  df-rmo 3388  df-reu 3389  df-rab 3444  df-v 3490  df-sbc 3805  df-csb 3922  df-dif 3979  df-un 3981  df-in 3983  df-ss 3993  df-pss 3996  df-nul 4353  df-if 4549  df-pw 4624  df-sn 4649  df-pr 4651  df-op 4655  df-uni 4932  df-iun 5017  df-br 5167  df-opab 5229  df-mpt 5250  df-tr 5284  df-id 5593  df-eprel 5599  df-po 5607  df-so 5608  df-fr 5652  df-we 5654  df-xp 5706  df-rel 5707  df-cnv 5708  df-co 5709  df-dm 5710  df-rn 5711  df-res 5712  df-ima 5713  df-pred 6332  df-ord 6398  df-on 6399  df-lim 6400  df-suc 6401  df-iota 6525  df-fun 6575  df-fn 6576  df-f 6577  df-f1 6578  df-fo 6579  df-f1o 6580  df-fv 6581  df-riota 7404  df-ov 7451  df-oprab 7452  df-mpo 7453  df-om 7904  df-2nd 8031  df-frecs 8322  df-wrecs 8353  df-recs 8427  df-rdg 8466  df-er 8763  df-map 8886  df-en 9004  df-dom 9005  df-sdom 9006  df-pnf 11326  df-mnf 11327  df-xr 11328  df-ltxr 11329  df-le 11330  df-sub 11522  df-neg 11523  df-nn 12294  df-2 12356  df-sets 17211  df-slot 17229  df-ndx 17241  df-base 17259  df-ress 17288  df-plusg 17324  df-0g 17501  df-mgm 18678  df-sgrp 18757  df-mnd 18773  df-grp 18976  df-minusg 18977  df-subg 19163  df-ga 19330

This theorem is referenced by:  gastacos  19350  orbstafun  19351  orbstaval  19352  orbsta  19353  orbsta2  19354  sylow1lem5  19644