Theorem qusgrp 18726

Description: If 𝑌 is a normal subgroup of 𝐺, then 𝐻 = 𝐺 / 𝑌 is a group, called the quotient of 𝐺 by 𝑌. (Contributed by Mario Carneiro, 14-Jun-2015.) (Revised by Mario Carneiro, 12-Aug-2015.)

Hypothesis

Ref	Expression
qusgrp.h	⊢ 𝐻 = (𝐺 /s (𝐺 ~QG 𝑆))

Assertion

Ref	Expression
qusgrp	⊢ (𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) → 𝐻 ∈ Grp)

Proof of Theorem qusgrp

Dummy variables 𝑎 𝑏 𝑐 𝑑 𝑢 𝑣 𝑤 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		qusgrp.h	. . . 4 ⊢ 𝐻 = (𝐺 /s (𝐺 ~QG 𝑆))
2	1	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) → 𝐻 = (𝐺 /s (𝐺 ~QG 𝑆)))
3		eqidd 2739	. . 3 ⊢ (𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) → (Base‘𝐺) = (Base‘𝐺))
4		eqidd 2739	. . 3 ⊢ (𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) → (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺))
5		nsgsubg 18701	. . . 4 ⊢ (𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) → 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺))
6		eqid 2738	. . . . 5 ⊢ (Base‘𝐺) = (Base‘𝐺)
7		eqid 2738	. . . . 5 ⊢ (𝐺 ~QG 𝑆) = (𝐺 ~QG 𝑆)
8	6, 7	eqger 18721	. . . 4 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → (𝐺 ~QG 𝑆) Er (Base‘𝐺))
9	5, 8	syl 17	. . 3 ⊢ (𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) → (𝐺 ~QG 𝑆) Er (Base‘𝐺))
10		subgrcl 18675	. . . 4 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝐺 ∈ Grp)
11	5, 10	syl 17	. . 3 ⊢ (𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) → 𝐺 ∈ Grp)
12		eqid 2738	. . . 4 ⊢ (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
13	6, 7, 12	eqgcpbl 18725	. . 3 ⊢ (𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) → ((𝑎(𝐺 ~QG 𝑆)𝑐 ∧ 𝑏(𝐺 ~QG 𝑆)𝑑) → (𝑎(+g‘𝐺)𝑏)(𝐺 ~QG 𝑆)(𝑐(+g‘𝐺)𝑑)))
14	6, 12	grpcl 18500	. . . 4 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑢 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑣 ∈ (Base‘𝐺)) → (𝑢(+g‘𝐺)𝑣) ∈ (Base‘𝐺))
15	11, 14	syl3an1 1161	. . 3 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ 𝑢 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑣 ∈ (Base‘𝐺)) → (𝑢(+g‘𝐺)𝑣) ∈ (Base‘𝐺))
16	9	adantr 480	. . . . 5 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ (𝑢 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑣 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑤 ∈ (Base‘𝐺))) → (𝐺 ~QG 𝑆) Er (Base‘𝐺))
17	11	adantr 480	. . . . . 6 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ (𝑢 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑣 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑤 ∈ (Base‘𝐺))) → 𝐺 ∈ Grp)
18		simpr1 1192	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ (𝑢 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑣 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑤 ∈ (Base‘𝐺))) → 𝑢 ∈ (Base‘𝐺))
19		simpr2 1193	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ (𝑢 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑣 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑤 ∈ (Base‘𝐺))) → 𝑣 ∈ (Base‘𝐺))
20	17, 18, 19, 14	syl3anc 1369	. . . . . 6 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ (𝑢 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑣 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑤 ∈ (Base‘𝐺))) → (𝑢(+g‘𝐺)𝑣) ∈ (Base‘𝐺))
21		simpr3 1194	. . . . . 6 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ (𝑢 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑣 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑤 ∈ (Base‘𝐺))) → 𝑤 ∈ (Base‘𝐺))
22	6, 12	grpcl 18500	. . . . . 6 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑢(+g‘𝐺)𝑣) ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑤 ∈ (Base‘𝐺)) → ((𝑢(+g‘𝐺)𝑣)(+g‘𝐺)𝑤) ∈ (Base‘𝐺))
23	17, 20, 21, 22	syl3anc 1369	. . . . 5 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ (𝑢 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑣 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑤 ∈ (Base‘𝐺))) → ((𝑢(+g‘𝐺)𝑣)(+g‘𝐺)𝑤) ∈ (Base‘𝐺))
24	16, 23	erref 8476	. . . 4 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ (𝑢 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑣 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑤 ∈ (Base‘𝐺))) → ((𝑢(+g‘𝐺)𝑣)(+g‘𝐺)𝑤)(𝐺 ~QG 𝑆)((𝑢(+g‘𝐺)𝑣)(+g‘𝐺)𝑤))
25	6, 12	grpass 18501	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑢 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑣 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑤 ∈ (Base‘𝐺))) → ((𝑢(+g‘𝐺)𝑣)(+g‘𝐺)𝑤) = (𝑢(+g‘𝐺)(𝑣(+g‘𝐺)𝑤)))
26	11, 25	sylan 579	. . . 4 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ (𝑢 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑣 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑤 ∈ (Base‘𝐺))) → ((𝑢(+g‘𝐺)𝑣)(+g‘𝐺)𝑤) = (𝑢(+g‘𝐺)(𝑣(+g‘𝐺)𝑤)))
27	24, 26	breqtrd 5096	. . 3 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ (𝑢 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑣 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑤 ∈ (Base‘𝐺))) → ((𝑢(+g‘𝐺)𝑣)(+g‘𝐺)𝑤)(𝐺 ~QG 𝑆)(𝑢(+g‘𝐺)(𝑣(+g‘𝐺)𝑤)))
28		eqid 2738	. . . . 5 ⊢ (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
29	6, 28	grpidcl 18522	. . . 4 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (0g‘𝐺) ∈ (Base‘𝐺))
30	11, 29	syl 17	. . 3 ⊢ (𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) → (0g‘𝐺) ∈ (Base‘𝐺))
31	6, 12, 28	grplid 18524	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑢 ∈ (Base‘𝐺)) → ((0g‘𝐺)(+g‘𝐺)𝑢) = 𝑢)
32	11, 31	sylan 579	. . . 4 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ 𝑢 ∈ (Base‘𝐺)) → ((0g‘𝐺)(+g‘𝐺)𝑢) = 𝑢)
33	9	adantr 480	. . . . 5 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ 𝑢 ∈ (Base‘𝐺)) → (𝐺 ~QG 𝑆) Er (Base‘𝐺))
34		simpr 484	. . . . 5 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ 𝑢 ∈ (Base‘𝐺)) → 𝑢 ∈ (Base‘𝐺))
35	33, 34	erref 8476	. . . 4 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ 𝑢 ∈ (Base‘𝐺)) → 𝑢(𝐺 ~QG 𝑆)𝑢)
36	32, 35	eqbrtrd 5092	. . 3 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ 𝑢 ∈ (Base‘𝐺)) → ((0g‘𝐺)(+g‘𝐺)𝑢)(𝐺 ~QG 𝑆)𝑢)
37		eqid 2738	. . . . 5 ⊢ (invg‘𝐺) = (invg‘𝐺)
38	6, 37	grpinvcl 18542	. . . 4 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑢 ∈ (Base‘𝐺)) → ((invg‘𝐺)‘𝑢) ∈ (Base‘𝐺))
39	11, 38	sylan 579	. . 3 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ 𝑢 ∈ (Base‘𝐺)) → ((invg‘𝐺)‘𝑢) ∈ (Base‘𝐺))
40	6, 12, 28, 37	grplinv 18543	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑢 ∈ (Base‘𝐺)) → (((invg‘𝐺)‘𝑢)(+g‘𝐺)𝑢) = (0g‘𝐺))
41	11, 40	sylan 579	. . . 4 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ 𝑢 ∈ (Base‘𝐺)) → (((invg‘𝐺)‘𝑢)(+g‘𝐺)𝑢) = (0g‘𝐺))
42	30	adantr 480	. . . . 5 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ 𝑢 ∈ (Base‘𝐺)) → (0g‘𝐺) ∈ (Base‘𝐺))
43	33, 42	erref 8476	. . . 4 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ 𝑢 ∈ (Base‘𝐺)) → (0g‘𝐺)(𝐺 ~QG 𝑆)(0g‘𝐺))
44	41, 43	eqbrtrd 5092	. . 3 ⊢ ((𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) ∧ 𝑢 ∈ (Base‘𝐺)) → (((invg‘𝐺)‘𝑢)(+g‘𝐺)𝑢)(𝐺 ~QG 𝑆)(0g‘𝐺))
45	2, 3, 4, 9, 11, 13, 15, 27, 30, 36, 39, 44	qusgrp2 18608	. 2 ⊢ (𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) → (𝐻 ∈ Grp ∧ [(0g‘𝐺)](𝐺 ~QG 𝑆) = (0g‘𝐻)))
46	45	simpld 494	1 ⊢ (𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐺) → 𝐻 ∈ Grp)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   ∧ w3a 1085   = wceq 1539   ∈ wcel 2108  ‘cfv 6418  (class class class)co 7255   Er wer 8453  [cec 8454  Basecbs 16840  +_gcplusg 16888  0_gc0g 17067   /_s cqus 17133  Grpcgrp 18492  inv_gcminusg 18493  SubGrpcsubg 18664  NrmSGrpcnsg 18665   ~_QG cqg 18666

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1799  ax-4 1813  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2139  ax-11 2156  ax-12 2173  ax-ext 2709  ax-rep 5205  ax-sep 5218  ax-nul 5225  ax-pow 5283  ax-pr 5347  ax-un 7566  ax-cnex 10858  ax-resscn 10859  ax-1cn 10860  ax-icn 10861  ax-addcl 10862  ax-addrcl 10863  ax-mulcl 10864  ax-mulrcl 10865  ax-mulcom 10866  ax-addass 10867  ax-mulass 10868  ax-distr 10869  ax-i2m1 10870  ax-1ne0 10871  ax-1rid 10872  ax-rnegex 10873  ax-rrecex 10874  ax-cnre 10875  ax-pre-lttri 10876  ax-pre-lttrn 10877  ax-pre-ltadd 10878  ax-pre-mulgt0 10879

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1784  df-nf 1788  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2817  df-nfc 2888  df-ne 2943  df-nel 3049  df-ral 3068  df-rex 3069  df-reu 3070  df-rmo 3071  df-rab 3072  df-v 3424  df-sbc 3712  df-csb 3829  df-dif 3886  df-un 3888  df-in 3890  df-ss 3900  df-pss 3902  df-nul 4254  df-if 4457  df-pw 4532  df-sn 4559  df-pr 4561  df-tp 4563  df-op 4565  df-uni 4837  df-iun 4923  df-br 5071  df-opab 5133  df-mpt 5154  df-tr 5188  df-id 5480  df-eprel 5486  df-po 5494  df-so 5495  df-fr 5535  df-we 5537  df-xp 5586  df-rel 5587  df-cnv 5588  df-co 5589  df-dm 5590  df-rn 5591  df-res 5592  df-ima 5593  df-pred 6191  df-ord 6254  df-on 6255  df-lim 6256  df-suc 6257  df-iota 6376  df-fun 6420  df-fn 6421  df-f 6422  df-f1 6423  df-fo 6424  df-f1o 6425  df-fv 6426  df-riota 7212  df-ov 7258  df-oprab 7259  df-mpo 7260  df-om 7688  df-1st 7804  df-2nd 7805  df-frecs 8068  df-wrecs 8099  df-recs 8173  df-rdg 8212  df-1o 8267  df-er 8456  df-ec 8458  df-qs 8462  df-en 8692  df-dom 8693  df-sdom 8694  df-fin 8695  df-sup 9131  df-inf 9132  df-pnf 10942  df-mnf 10943  df-xr 10944  df-ltxr 10945  df-le 10946  df-sub 11137  df-neg 11138  df-nn 11904  df-2 11966  df-3 11967  df-4 11968  df-5 11969  df-6 11970  df-7 11971  df-8 11972  df-9 11973  df-n0 12164  df-z 12250  df-dec 12367  df-uz 12512  df-fz 13169  df-struct 16776  df-sets 16793  df-slot 16811  df-ndx 16823  df-base 16841  df-ress 16868  df-plusg 16901  df-mulr 16902  df-sca 16904  df-vsca 16905  df-ip 16906  df-tset 16907  df-ple 16908  df-ds 16910  df-0g 17069  df-imas 17136  df-qus 17137  df-mgm 18241  df-sgrp 18290  df-mnd 18301  df-grp 18495  df-minusg 18496  df-subg 18667  df-nsg 18668  df-eqg 18669

This theorem is referenced by:  qus0  18729  qusinv  18730  qusghm  18786  qusabl  19381  rzgrp  20740  qustgplem  23180  nsgqusf1olem1  31500