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 33956
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 19341 . . . . . 6 (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝐺 ∈ Grp)
31, 2syl 18 . . . . 5 (𝜑 → 𝐺 ∈ Grp)
4 quslsm.b . . . . . . 7 𝐵 = (Base‘𝐺)
54subgss 19337 . . . . . 6 (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑆 ⊆ 𝐵)
61, 5syl 18 . . . . 5 (𝜑 → 𝑆 ⊆ 𝐵)
7 eqid 2761 . . . . . 6 (invg‘𝐺) = (invg‘𝐺)
8 eqid 2761 . . . . . 6 (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
9 eqid 2761 . . . . . 6 (𝐺 ~QG 𝑆) = (𝐺 ~QG 𝑆)
104, 7, 8, 9eqgfval 19388 . . . . 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 7428 . . . . . . . . . 10 (𝑘 = (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗) → (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = (𝑖(+g‘𝐺)(((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗)))
1413eqeq1d 2763 . . . . . . . . 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 3455 . . . . . . . . . . . . . . . 16 𝑖 ∈ V
18 vex 3455 . . . . . . . . . . . . . . . 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 2761 . . . . . . . . . . . . 13 (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
244, 8, 23, 7grprinv 19201 . . . . . . . . . . . 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 7435 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) → ((𝑖(+g‘𝐺)((invg‘𝐺)‘𝑖))(+g‘𝐺)𝑗) = ((0g‘𝐺)(+g‘𝐺)𝑗))
274, 7grpinvcl 19198 . . . . . . . . . . . 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 19153 . . . . . . . . . . 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 1399 . . . . . . . . . 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 19178 . . . . . . . . . . 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 2804 . . . . . . . . 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 3579 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) ∧ (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗) ∈ 𝑆) → ∃𝑘 ∈ 𝑆 (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗)
38 oveq2 7428 . . . . . . . . . . 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 3931 . . . . . . . . . . . 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 19200 . . . . . . . . . . . . . . 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 7435 . . . . . . . . . . . . 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 19153 . . . . . . . . . . . . . 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 1399 . . . . . . . . . . . . 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 19178 . . . . . . . . . . . . . 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 2804 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ 𝐵 ∧ 𝑘 ∈ 𝐵) → (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)(𝑖(+g‘𝐺)𝑘)) = 𝑘)
5640, 41, 43, 55syl3anc 1398 . . . . . . . . . . 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 2798 . . . . . . . . 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 2861 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ {𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵) ∧ 𝑘 ∈ 𝑆) ∧ (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗) → (((invg‘𝐺)‘𝑖)(+g‘𝐺)𝑗) ∈ 𝑆)
6160r19.29an 3167 . . . . . . 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 5171 . . . 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 2796 . . 3 (𝜑 → (𝐺 ~QG 𝑆) = {⟨𝑖, 𝑗⟩ ∣ ({𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵 ∧ ∃𝑘 ∈ 𝑆 (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗)})
6665eceq2d 8761 . 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 2761 . . 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 19157 . . 3 (𝜑 → 𝐺 ∈ Mnd)
70 quslsm.s . . 3 (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝐵)
714, 8, 67, 68, 69, 6, 70lsmsnorb2 33947 . 2 (𝜑 → ({𝑋} ⊕ 𝑆) = [𝑋]{⟨𝑖, 𝑗⟩ ∣ ({𝑖, 𝑗} ⊆ 𝐵 ∧ ∃𝑘 ∈ 𝑆 (𝑖(+g‘𝐺)𝑘) = 𝑗)})
7266, 71eqtr4d 2799 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 2145  ∃wrex 3087   ⊆ wss 3899  {csn 4584  {cpr 4586  {copab 5167  ‘cfv 6538  (class class class)co 7420  [cec 8715  Basecbs 17387  +gcplusg 17428  0gc0g 17610  Grpcgrp 19144  invgcminusg 19145  SubGrpcsubg 19330   ~QG cqg 19332  LSSumclsm 19848
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 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2733  ax-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7751  ax-cnex 11256  ax-resscn 11257  ax-1cn 11258  ax-icn 11259  ax-addcl 11260  ax-addrcl 11261  ax-mulcl 11262  ax-mulrcl 11263  ax-mulcom 11264  ax-addass 11265  ax-mulass 11266  ax-distr 11267  ax-i2m1 11268  ax-1ne0 11269  ax-1rid 11270  ax-rnegex 11271  ax-rrecex 11272  ax-cnre 11273  ax-pre-lttri 11274  ax-pre-lttrn 11275  ax-pre-ltadd 11276  ax-pre-mulgt0 11277
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 2100  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-om 7878  df-1st 8001  df-2nd 8002  df-tpos 8243  df-frecs 8299  df-wrecs 8330  df-recs 8379  df-rdg 8418  df-er 8717  df-ec 8719  df-en 8974  df-dom 8975  df-sdom 8976  df-pnf 11345  df-mnf 11346  df-xr 11347  df-ltxr 11348  df-le 11349  df-sub 11543  df-neg 11544  df-nn 12336  df-2 12405  df-sets 17342  df-slot 17360  df-ndx 17372  df-base 17388  df-plusg 17441  df-0g 17612  df-mgm 18816  df-sgrp 18908  df-mnd 18924  df-grp 19147  df-minusg 19148  df-subg 19333  df-eqg 19335  df-oppg 19560  df-lsm 19850
This theorem is used by:  qusbas2  33957  qus0g  33958  qusima  33959  nsgqus0  33961  nsgmgclem  33962  nsgqusf1olem1  33964  nsgqusf1olem2  33965  nsgqusf1olem3  33966
  Copyright terms: Public domain W3C validator