MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  orbsta2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem orbsta2 18741
Description: Relation between the size of the orbit and the size of the stabilizer of a point in a finite group action. (Contributed by Mario Carneiro, 16-Jan-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
orbsta2.x 𝑋 = (Base‘𝐺)
orbsta2.h 𝐻 = {𝑢𝑋 ∣ (𝑢 𝐴) = 𝐴}
orbsta2.r = (𝐺 ~QG 𝐻)
orbsta2.o 𝑂 = {⟨𝑥, 𝑦⟩ ∣ ({𝑥, 𝑦} ⊆ 𝑌 ∧ ∃𝑔𝑋 (𝑔 𝑥) = 𝑦)}
Assertion
Ref Expression
orbsta2 ((( ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴𝑌) ∧ 𝑋 ∈ Fin) → (♯‘𝑋) = ((♯‘[𝐴]𝑂) · (♯‘𝐻)))
Distinct variable groups:   𝑢,𝑔,𝑥,𝑦,   𝐴,𝑔,𝑢,𝑥,𝑦   𝑔,𝐺,𝑢,𝑥,𝑦   𝑔,𝑌,𝑥,𝑦   ,𝑔,𝑥,𝑦   𝑥,𝐻,𝑦   𝑔,𝑋,𝑢,𝑥,𝑦
Allowed substitution hints:   (𝑢)   𝐻(𝑢,𝑔)   𝑂(𝑥,𝑦,𝑢,𝑔)   𝑌(𝑢)

Proof of Theorem orbsta2
Dummy variable 𝑘 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 orbsta2.x . . 3 𝑋 = (Base‘𝐺)
2 orbsta2.r . . 3 = (𝐺 ~QG 𝐻)
3 orbsta2.h . . . . 5 𝐻 = {𝑢𝑋 ∣ (𝑢 𝐴) = 𝐴}
41, 3gastacl 18736 . . . 4 (( ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴𝑌) → 𝐻 ∈ (SubGrp‘𝐺))
54adantr 484 . . 3 ((( ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴𝑌) ∧ 𝑋 ∈ Fin) → 𝐻 ∈ (SubGrp‘𝐺))
6 simpr 488 . . 3 ((( ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴𝑌) ∧ 𝑋 ∈ Fin) → 𝑋 ∈ Fin)
71, 2, 5, 6lagsubg2 18638 . 2 ((( ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴𝑌) ∧ 𝑋 ∈ Fin) → (♯‘𝑋) = ((♯‘(𝑋 / )) · (♯‘𝐻)))
8 pwfi 8882 . . . . . 6 (𝑋 ∈ Fin ↔ 𝒫 𝑋 ∈ Fin)
96, 8sylib 221 . . . . 5 ((( ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴𝑌) ∧ 𝑋 ∈ Fin) → 𝒫 𝑋 ∈ Fin)
101, 2eqger 18627 . . . . . . 7 (𝐻 ∈ (SubGrp‘𝐺) → Er 𝑋)
115, 10syl 17 . . . . . 6 ((( ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴𝑌) ∧ 𝑋 ∈ Fin) → Er 𝑋)
1211qsss 8484 . . . . 5 ((( ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴𝑌) ∧ 𝑋 ∈ Fin) → (𝑋 / ) ⊆ 𝒫 𝑋)
139, 12ssfid 8928 . . . 4 ((( ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴𝑌) ∧ 𝑋 ∈ Fin) → (𝑋 / ) ∈ Fin)
14 eqid 2739 . . . . . 6 ran (𝑘𝑋 ↦ ⟨[𝑘] , (𝑘 𝐴)⟩) = ran (𝑘𝑋 ↦ ⟨[𝑘] , (𝑘 𝐴)⟩)
15 orbsta2.o . . . . . 6 𝑂 = {⟨𝑥, 𝑦⟩ ∣ ({𝑥, 𝑦} ⊆ 𝑌 ∧ ∃𝑔𝑋 (𝑔 𝑥) = 𝑦)}
161, 3, 2, 14, 15orbsta 18740 . . . . 5 (( ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴𝑌) → ran (𝑘𝑋 ↦ ⟨[𝑘] , (𝑘 𝐴)⟩):(𝑋 / )–1-1-onto→[𝐴]𝑂)
1716adantr 484 . . . 4 ((( ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴𝑌) ∧ 𝑋 ∈ Fin) → ran (𝑘𝑋 ↦ ⟨[𝑘] , (𝑘 𝐴)⟩):(𝑋 / )–1-1-onto→[𝐴]𝑂)
1813, 17hasheqf1od 13953 . . 3 ((( ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴𝑌) ∧ 𝑋 ∈ Fin) → (♯‘(𝑋 / )) = (♯‘[𝐴]𝑂))
1918oveq1d 7250 . 2 ((( ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴𝑌) ∧ 𝑋 ∈ Fin) → ((♯‘(𝑋 / )) · (♯‘𝐻)) = ((♯‘[𝐴]𝑂) · (♯‘𝐻)))
207, 19eqtrd 2779 1 ((( ∈ (𝐺 GrpAct 𝑌) ∧ 𝐴𝑌) ∧ 𝑋 ∈ Fin) → (♯‘𝑋) = ((♯‘[𝐴]𝑂) · (♯‘𝐻)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 399   = wceq 1543  wcel 2112  wrex 3065  {crab 3068  wss 3883  𝒫 cpw 4530  {cpr 4560  cop 4564  {copab 5132  cmpt 5152  ran crn 5570  1-1-ontowf1o 6400  cfv 6401  (class class class)co 7235   Er wer 8412  [cec 8413   / cqs 8414  Fincfn 8650   · cmul 10764  chash 13929  Basecbs 16793  SubGrpcsubg 18570   ~QG cqg 18572   GrpAct cga 18716
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 2016  ax-8 2114  ax-9 2122  ax-10 2143  ax-11 2160  ax-12 2177  ax-ext 2710  ax-rep 5196  ax-sep 5209  ax-nul 5216  ax-pow 5275  ax-pr 5339  ax-un 7545  ax-inf2 9286  ax-cnex 10815  ax-resscn 10816  ax-1cn 10817  ax-icn 10818  ax-addcl 10819  ax-addrcl 10820  ax-mulcl 10821  ax-mulrcl 10822  ax-mulcom 10823  ax-addass 10824  ax-mulass 10825  ax-distr 10826  ax-i2m1 10827  ax-1ne0 10828  ax-1rid 10829  ax-rnegex 10830  ax-rrecex 10831  ax-cnre 10832  ax-pre-lttri 10833  ax-pre-lttrn 10834  ax-pre-ltadd 10835  ax-pre-mulgt0 10836  ax-pre-sup 10837
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 2541  df-eu 2570  df-clab 2717  df-cleq 2731  df-clel 2818  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3069  df-rex 3070  df-reu 3071  df-rmo 3072  df-rab 3073  df-v 3425  df-sbc 3712  df-csb 3829  df-dif 3886  df-un 3888  df-in 3890  df-ss 3900  df-pss 3902  df-nul 4255  df-if 4457  df-pw 4532  df-sn 4559  df-pr 4561  df-tp 4563  df-op 4565  df-uni 4837  df-int 4877  df-iun 4923  df-disj 5036  df-br 5071  df-opab 5133  df-mpt 5153  df-tr 5179  df-id 5472  df-eprel 5478  df-po 5486  df-so 5487  df-fr 5527  df-se 5528  df-we 5529  df-xp 5575  df-rel 5576  df-cnv 5577  df-co 5578  df-dm 5579  df-rn 5580  df-res 5581  df-ima 5582  df-pred 6179  df-ord 6237  df-on 6238  df-lim 6239  df-suc 6240  df-iota 6359  df-fun 6403  df-fn 6404  df-f 6405  df-f1 6406  df-fo 6407  df-f1o 6408  df-fv 6409  df-isom 6410  df-riota 7192  df-ov 7238  df-oprab 7239  df-mpo 7240  df-om 7667  df-1st 7783  df-2nd 7784  df-wrecs 8071  df-recs 8132  df-rdg 8170  df-1o 8226  df-er 8415  df-ec 8417  df-qs 8421  df-map 8534  df-en 8651  df-dom 8652  df-sdom 8653  df-fin 8654  df-sup 9088  df-oi 9156  df-card 9585  df-pnf 10899  df-mnf 10900  df-xr 10901  df-ltxr 10902  df-le 10903  df-sub 11094  df-neg 11095  df-div 11520  df-nn 11861  df-2 11923  df-3 11924  df-n0 12121  df-z 12207  df-uz 12469  df-rp 12617  df-fz 13126  df-fzo 13269  df-seq 13607  df-exp 13668  df-hash 13930  df-cj 14695  df-re 14696  df-im 14697  df-sqrt 14831  df-abs 14832  df-clim 15082  df-sum 15283  df-sets 16750  df-slot 16768  df-ndx 16778  df-base 16794  df-ress 16818  df-plusg 16848  df-0g 16979  df-mgm 18147  df-sgrp 18196  df-mnd 18207  df-grp 18401  df-minusg 18402  df-subg 18573  df-eqg 18575  df-ga 18717
This theorem is referenced by:  sylow1lem5  19024  sylow2alem2  19040  sylow3lem3  19051
  Copyright terms: Public domain W3C validator