Users' Mathboxes Mathbox for Thierry Arnoux < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  quslsm Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem quslsm 34060
Description: Express the image by the quotient map in terms of direct sum. (Contributed by Thierry Arnoux, 27-Jul-2024.)
Hypotheses
Ref Expression
quslsm.b 𝐵 = (Base‘𝐺)
quslsm.p ⊕ = (LSSum‘𝐺)
quslsm.n (𝜑 → 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺))
quslsm.s (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝐵)
Assertion
Ref Expression
quslsm (𝜑 → [𝑋](𝐺 ~QG 𝑆) = ({𝑋} ⊕ 𝑆))

Proof of Theorem quslsm
Dummy variables 𝑖 𝑗 𝑘 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 quslsm.n . . . . . 6 (𝜑 → 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺))
2 subgrcl 19391 . . . . . 6 (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝐺 ∈ Grp)
31, 2syl 18 . . . . 5 (𝜑 → 𝐺 ∈ Grp)
4 quslsm.b . . . . . . 7 𝐵 = (Base‘𝐺)
54subgss 19387 . . . . . 6 (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑆 ⊆ 𝐵)
61, 5syl 18 . . . . 5 (𝜑 → 𝑆 ⊆ 𝐵)
7 eqid 2763 . . . . . 6 (invg‘𝐺) = (invg‘𝐺)
8 eqid 2763 . . . . . 6 (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
9 eqid 2763 . . . . . 6 (𝐺 ~QG 𝑆) = (𝐺 ~QG 𝑆)
104, 7, 8, 9eqgfval 19438 . . . . 5 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑆 ⊆ 𝐵) → (𝐺 ~QG 𝑆) = {⟨𝑖, 𝑗⟩ ∣ ({𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵 ∧ (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗) ∈ 𝑆)})
113, 6, 10syl2anc 596 . . . 4 (𝜑 → (𝐺 ~QG 𝑆) = {⟨𝑖, 𝑗⟩ ∣ ({𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵 ∧ (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗) ∈ 𝑆)})
12 simpr 490 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) ∧ (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗) ∈ 𝑆) → (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗) ∈ 𝑆)
13 oveq2 7459 . . . . . . . . . 10 (𝑘 = (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗) → (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = (𝑖(+g‘𝐺)(((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗)))
1413eqeq1d 2765 . . . . . . . . 9 (𝑘 = (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗) → ((𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗 ↔ (𝑖(+g‘𝐺)(((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗)) = 𝑗))
1514adantl 487 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) ∧ (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗) ∈ 𝑆) ∧ 𝑘 = (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗)) → ((𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗 ↔ (𝑖(+g‘𝐺)(((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗)) = 𝑗))
163adantr 486 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) → 𝐺 ∈ Grp)
17 vex 3458 . . . . . . . . . . . . . . . 16 𝑖 ∈ V
18 vex 3458 . . . . . . . . . . . . . . . 16 𝑗 ∈ V
1917, 18prss 4781 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑖 ∈ 𝐵 ∧ 𝑗 ∈ 𝐵) ↔ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵)
2019bicomi 227 . . . . . . . . . . . . . 14 ({𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵 ↔ (𝑖 ∈ 𝐵 ∧ 𝑗 ∈ 𝐵))
2120simplbi 502 . . . . . . . . . . . . 13 ({𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵 → 𝑖 ∈ 𝐵)
2221adantl 487 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) → 𝑖 ∈ 𝐵)
23 eqid 2763 . . . . . . . . . . . . 13 (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
244, 8, 23, 7grprinv 19251 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑖 ∈ 𝐵) → (𝑖(+g‘𝐺)((invg‘𝐺)‘𝑖)) = (0g‘𝐺))
2516, 22, 24syl2anc 596 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) → (𝑖(+g‘𝐺)((invg‘𝐺)‘𝑖)) = (0g‘𝐺))
2625oveq1d 7466 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) → ((𝑖(+g‘𝐺)((invg‘𝐺)‘𝑖))(+g‘𝐺)𝑗) = ((0g‘𝐺)(+g‘𝐺)𝑗))
274, 7grpinvcl 19248 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑖 ∈ 𝐵) → ((invg‘𝐺)‘𝑖) ∈ 𝐵)
2816, 22, 27syl2anc 596 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) → ((invg‘𝐺)‘𝑖) ∈ 𝐵)
2920simprbi 503 . . . . . . . . . . . 12 ({𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵 → 𝑗 ∈ 𝐵)
3029adantl 487 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) → 𝑗 ∈ 𝐵)
314, 8grpass 19203 . . . . . . . . . . 11 ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑖 ∈ 𝐵 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑖) ∈ 𝐵 ∧ 𝑗 ∈ 𝐵)) → ((𝑖(+g‘𝐺)((invg‘𝐺)‘𝑖))(+g‘𝐺)𝑗) = (𝑖(+g‘𝐺)(((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗)))
3216, 22, 28, 30, 31syl13anc 1400 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) → ((𝑖(+g‘𝐺)((invg‘𝐺)‘𝑖))(+g‘𝐺)𝑗) = (𝑖(+g‘𝐺)(((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗)))
334, 8, 23grplid 19228 . . . . . . . . . . 11 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑗 ∈ 𝐵) → ((0g‘𝐺)(+g‘𝐺)𝑗) = 𝑗)
3416, 30, 33syl2anc 596 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) → ((0g‘𝐺)(+g‘𝐺)𝑗) = 𝑗)
3526, 32, 343eqtr3d 2806 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) → (𝑖(+g‘𝐺)(((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗)) = 𝑗)
3635adantr 486 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) ∧ (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗) ∈ 𝑆) → (𝑖(+g‘𝐺)(((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗)) = 𝑗)
3712, 15, 36rspcedvd 3582 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) ∧ (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗) ∈ 𝑆) → ∃𝑘 ∈ 𝑆 (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗)
38 oveq2 7459 . . . . . . . . . . 11 ((𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗 → (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)(𝑖(+g‘𝐺)𝑘)) = (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗))
3938adantl 487 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) ∧ 𝑘 ∈ 𝑆) ∧ (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗) → (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)(𝑖(+g‘𝐺)𝑘)) = (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗))
40 simpll 779 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) ∧ 𝑘 ∈ 𝑆) → 𝜑)
4122adantr 486 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) ∧ 𝑘 ∈ 𝑆) → 𝑖 ∈ 𝐵)
426adantr 486 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) → 𝑆 ⊆ 𝐵)
4342sselda 3913 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) ∧ 𝑘 ∈ 𝑆) → 𝑘 ∈ 𝐵)
4433ad2ant1 1151 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ 𝐵 ∧ 𝑘 ∈ 𝐵) → 𝐺 ∈ Grp)
45 simp2 1155 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ 𝐵 ∧ 𝑘 ∈ 𝐵) → 𝑖 ∈ 𝐵)
464, 8, 23, 7grplinv 19250 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑖 ∈ 𝐵) → (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑖) = (0g‘𝐺))
4744, 45, 46syl2anc 596 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ 𝐵 ∧ 𝑘 ∈ 𝐵) → (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑖) = (0g‘𝐺))
4847oveq1d 7466 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ 𝐵 ∧ 𝑘 ∈ 𝐵) → ((((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑖)(+g‘𝐺)𝑘) = ((0g‘𝐺)(+g‘𝐺)𝑘))
4944, 45, 27syl2anc 596 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ 𝐵 ∧ 𝑘 ∈ 𝐵) → ((invg‘𝐺)‘𝑖) ∈ 𝐵)
50 simp3 1156 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ 𝐵 ∧ 𝑘 ∈ 𝐵) → 𝑘 ∈ 𝐵)
514, 8grpass 19203 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐺 ∈ Grp ∧ (((invg‘𝐺)‘𝑖) ∈ 𝐵 ∧ 𝑖 ∈ 𝐵 ∧ 𝑘 ∈ 𝐵)) → ((((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑖)(+g‘𝐺)𝑘) = (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)(𝑖(+g‘𝐺)𝑘)))
5244, 49, 45, 50, 51syl13anc 1400 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ 𝐵 ∧ 𝑘 ∈ 𝐵) → ((((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑖)(+g‘𝐺)𝑘) = (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)(𝑖(+g‘𝐺)𝑘)))
534, 8, 23grplid 19228 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑘 ∈ 𝐵) → ((0g‘𝐺)(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑘)
5444, 50, 53syl2anc 596 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ 𝐵 ∧ 𝑘 ∈ 𝐵) → ((0g‘𝐺)(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑘)
5548, 52, 543eqtr3d 2806 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ 𝐵 ∧ 𝑘 ∈ 𝐵) → (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)(𝑖(+g‘𝐺)𝑘)) = 𝑘)
5640, 41, 43, 55syl3anc 1399 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) ∧ 𝑘 ∈ 𝑆) → (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)(𝑖(+g‘𝐺)𝑘)) = 𝑘)
5756adantr 486 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) ∧ 𝑘 ∈ 𝑆) ∧ (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗) → (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)(𝑖(+g‘𝐺)𝑘)) = 𝑘)
5839, 57eqtr3d 2800 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) ∧ 𝑘 ∈ 𝑆) ∧ (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗) → (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗) = 𝑘)
59 simplr 781 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) ∧ 𝑘 ∈ 𝑆) ∧ (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗) → 𝑘 ∈ 𝑆)
6058, 59eqeltrd 2864 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) ∧ 𝑘 ∈ 𝑆) ∧ (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗) → (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗) ∈ 𝑆)
6160r19.29an 3170 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) ∧ ∃𝑘 ∈ 𝑆 (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗) → (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗) ∈ 𝑆)
6237, 61impbida 813 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) → ((((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗) ∈ 𝑆 ↔ ∃𝑘 ∈ 𝑆 (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗))
6362pm5.32da 590 . . . . 5 (𝜑 → (({𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵 ∧ (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗) ∈ 𝑆) ↔ ({𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵 ∧ ∃𝑘 ∈ 𝑆 (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗)))
6463opabbidv 5177 . . . 4 (𝜑 → {⟨𝑖, 𝑗⟩ ∣ ({𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵 ∧ (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗) ∈ 𝑆)} = {⟨𝑖, 𝑗⟩ ∣ ({𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵 ∧ ∃𝑘 ∈ 𝑆 (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗)})
6511, 64eqtrd 2798 . . 3 (𝜑 → (𝐺 ~QG 𝑆) = {⟨𝑖, 𝑗⟩ ∣ ({𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵 ∧ ∃𝑘 ∈ 𝑆 (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗)})
6665eceq2d 8799 . 2 (𝜑 → [𝑋](𝐺 ~QG 𝑆) = [𝑋]{⟨𝑖, 𝑗⟩ ∣ ({𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵 ∧ ∃𝑘 ∈ 𝑆 (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗)})
67 quslsm.p . . 3 ⊕ = (LSSum‘𝐺)
68 eqid 2763 . . 3 {⟨𝑖, 𝑗⟩ ∣ ({𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵 ∧ ∃𝑘 ∈ 𝑆 (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗)} = {⟨𝑖, 𝑗⟩ ∣ ({𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵 ∧ ∃𝑘 ∈ 𝑆 (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗)}
693grpmndd 19207 . . 3 (𝜑 → 𝐺 ∈ Mnd)
70 quslsm.s . . 3 (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝐵)
714, 8, 67, 68, 69, 6, 70lsmsnorb2 34051 . 2 (𝜑 → ({𝑋} ⊕ 𝑆) = [𝑋]{⟨𝑖, 𝑗⟩ ∣ ({𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵 ∧ ∃𝑘 ∈ 𝑆 (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗)})
7266, 71eqtr4d 2801 1 (𝜑 → [𝑋](𝐺 ~QG 𝑆) = ({𝑋} ⊕ 𝑆))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2147  ∃wrex 3090   ⊆ wss 3900  {csn 4588  {cpr 4590  {copab 5173  ‘cfv 6566  (class class class)co 7451  [cec 8753  Basecbs 17431  +gcplusg 17472  0gc0g 17660  Grpcgrp 19194  invgcminusg 19195  SubGrpcsubg 19380   ~QG cqg 19382  LSSumclsm 19899
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5238  ax-sep 5255  ax-nul 5266  ax-pow 5334  ax-pr 5398  ax-un 7783  ax-cnex 11295  ax-resscn 11296  ax-1cn 11297  ax-icn 11298  ax-addcl 11299  ax-addrcl 11300  ax-mulcl 11301  ax-mulrcl 11302  ax-mulcom 11303  ax-addass 11304  ax-mulass 11305  ax-distr 11306  ax-i2m1 11307  ax-1ne0 11308  ax-1rid 11309  ax-rnegex 11310  ax-rrecex 11311  ax-cnre 11312  ax-pre-lttri 11313  ax-pre-lttrn 11314  ax-pre-ltadd 11315  ax-pre-mulgt0 11316
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4841  df-uni 4873  df-iun 4958  df-br 5109  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5553  df-eprel 5558  df-po 5566  df-so 5567  df-fr 5611  df-we 5613  df-xp 5664  df-rel 5665  df-cnv 5666  df-co 5667  df-dm 5668  df-rn 5669  df-res 5670  df-ima 5671  df-pred 6330  df-ord 6391  df-on 6392  df-lim 6393  df-suc 6394  df-iota 6520  df-fun 6568  df-fn 6569  df-f 6570  df-f1 6571  df-fo 6572  df-f1o 6573  df-fv 6574  df-riota 7408  df-ov 7454  df-oprab 7455  df-mpo 7456  df-om 7912  df-1st 8035  df-2nd 8036  df-tpos 8281  df-frecs 8337  df-wrecs 8368  df-recs 8417  df-rdg 8456  df-er 8755  df-ec 8757  df-en 9012  df-dom 9013  df-sdom 9014  df-pnf 11384  df-mnf 11385  df-xr 11386  df-ltxr 11387  df-le 11388  df-sub 11582  df-neg 11583  df-nn 12376  df-2 12445  df-sets 17386  df-slot 17404  df-ndx 17416  df-base 17432  df-plusg 17486  df-0g 17662  df-mgm 18866  df-sgrp 18958  df-mnd 18974  df-grp 19197  df-minusg 19198  df-subg 19383  df-eqg 19385  df-oppg 19611  df-lsm 19901
This theorem is used by:  qusbas2  34061  qus0g  34062  qusima  34063  nsgqus0  34065  nsgmgclem  34066  nsgqusf1olem1  34068  nsgqusf1olem2  34069  nsgqusf1olem3  34070
  Copyright terms: Public domain W3C validator