MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  sylow3lem4 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem sylow3lem4 19410
Description: Lemma for sylow3 19413, first part. The number of Sylow subgroups is a divisor of the size of 𝐺 reduced by the size of a Sylow subgroup of 𝐺. (Contributed by Mario Carneiro, 19-Jan-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
sylow3.x 𝑋 = (Base‘𝐺)
sylow3.g (𝜑𝐺 ∈ Grp)
sylow3.xf (𝜑𝑋 ∈ Fin)
sylow3.p (𝜑𝑃 ∈ ℙ)
sylow3lem1.a + = (+g𝐺)
sylow3lem1.d = (-g𝐺)
sylow3lem1.m = (𝑥𝑋, 𝑦 ∈ (𝑃 pSyl 𝐺) ↦ ran (𝑧𝑦 ↦ ((𝑥 + 𝑧) 𝑥)))
sylow3lem2.k (𝜑𝐾 ∈ (𝑃 pSyl 𝐺))
sylow3lem2.h 𝐻 = {𝑢𝑋 ∣ (𝑢 𝐾) = 𝐾}
sylow3lem2.n 𝑁 = {𝑥𝑋 ∣ ∀𝑦𝑋 ((𝑥 + 𝑦) ∈ 𝐾 ↔ (𝑦 + 𝑥) ∈ 𝐾)}
Assertion
Ref Expression
sylow3lem4 (𝜑 → (♯‘(𝑃 pSyl 𝐺)) ∥ ((♯‘𝑋) / (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))))
Distinct variable groups:   𝑥,𝑢,𝑦,𝑧,   𝑢, ,𝑥,𝑦,𝑧   𝑥,𝐻,𝑦   𝑢,𝐾,𝑥,𝑦,𝑧   𝑢,𝑁,𝑧   𝑢,𝑋,𝑥,𝑦,𝑧   𝑢,𝐺,𝑥,𝑦,𝑧   𝜑,𝑢,𝑥,𝑦,𝑧   𝑢, + ,𝑥,𝑦,𝑧   𝑢,𝑃,𝑥,𝑦,𝑧
Allowed substitution hints:   𝐻(𝑧,𝑢)   𝑁(𝑥,𝑦)

Proof of Theorem sylow3lem4
StepHypRef Expression
1 sylow3.x . . 3 𝑋 = (Base‘𝐺)
2 sylow3.g . . 3 (𝜑𝐺 ∈ Grp)
3 sylow3.xf . . 3 (𝜑𝑋 ∈ Fin)
4 sylow3.p . . 3 (𝜑𝑃 ∈ ℙ)
5 sylow3lem1.a . . 3 + = (+g𝐺)
6 sylow3lem1.d . . 3 = (-g𝐺)
7 sylow3lem1.m . . 3 = (𝑥𝑋, 𝑦 ∈ (𝑃 pSyl 𝐺) ↦ ran (𝑧𝑦 ↦ ((𝑥 + 𝑧) 𝑥)))
8 sylow3lem2.k . . 3 (𝜑𝐾 ∈ (𝑃 pSyl 𝐺))
9 sylow3lem2.h . . 3 𝐻 = {𝑢𝑋 ∣ (𝑢 𝐾) = 𝐾}
10 sylow3lem2.n . . 3 𝑁 = {𝑥𝑋 ∣ ∀𝑦𝑋 ((𝑥 + 𝑦) ∈ 𝐾 ↔ (𝑦 + 𝑥) ∈ 𝐾)}
111, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10sylow3lem3 19409 . 2 (𝜑 → (♯‘(𝑃 pSyl 𝐺)) = (♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))))
12 slwsubg 19390 . . . . . . . . . 10 (𝐾 ∈ (𝑃 pSyl 𝐺) → 𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺))
138, 12syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺))
14 eqid 2736 . . . . . . . . . . 11 (𝐺s 𝑁) = (𝐺s 𝑁)
1510, 1, 5, 14nmznsg 18968 . . . . . . . . . 10 (𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝐾 ∈ (NrmSGrp‘(𝐺s 𝑁)))
16 nsgsubg 18958 . . . . . . . . . 10 (𝐾 ∈ (NrmSGrp‘(𝐺s 𝑁)) → 𝐾 ∈ (SubGrp‘(𝐺s 𝑁)))
1715, 16syl 17 . . . . . . . . 9 (𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝐾 ∈ (SubGrp‘(𝐺s 𝑁)))
1813, 17syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑𝐾 ∈ (SubGrp‘(𝐺s 𝑁)))
1910, 1, 5nmzsubg 18965 . . . . . . . . . . 11 (𝐺 ∈ Grp → 𝑁 ∈ (SubGrp‘𝐺))
202, 19syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑁 ∈ (SubGrp‘𝐺))
2114subgbas 18930 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑁 = (Base‘(𝐺s 𝑁)))
2220, 21syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑁 = (Base‘(𝐺s 𝑁)))
231subgss 18927 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑁𝑋)
2420, 23syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑁𝑋)
253, 24ssfid 9210 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑁 ∈ Fin)
2622, 25eqeltrrd 2839 . . . . . . . 8 (𝜑 → (Base‘(𝐺s 𝑁)) ∈ Fin)
27 eqid 2736 . . . . . . . . 9 (Base‘(𝐺s 𝑁)) = (Base‘(𝐺s 𝑁))
2827lagsubg 18990 . . . . . . . 8 ((𝐾 ∈ (SubGrp‘(𝐺s 𝑁)) ∧ (Base‘(𝐺s 𝑁)) ∈ Fin) → (♯‘𝐾) ∥ (♯‘(Base‘(𝐺s 𝑁))))
2918, 26, 28syl2anc 584 . . . . . . 7 (𝜑 → (♯‘𝐾) ∥ (♯‘(Base‘(𝐺s 𝑁))))
3022fveq2d 6846 . . . . . . 7 (𝜑 → (♯‘𝑁) = (♯‘(Base‘(𝐺s 𝑁))))
3129, 30breqtrrd 5133 . . . . . 6 (𝜑 → (♯‘𝐾) ∥ (♯‘𝑁))
32 eqid 2736 . . . . . . . . . . . 12 (0g𝐺) = (0g𝐺)
3332subg0cl 18934 . . . . . . . . . . 11 (𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺) → (0g𝐺) ∈ 𝐾)
3413, 33syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (0g𝐺) ∈ 𝐾)
3534ne0d 4295 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐾 ≠ ∅)
361subgss 18927 . . . . . . . . . . . 12 (𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝐾𝑋)
3713, 36syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐾𝑋)
383, 37ssfid 9210 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐾 ∈ Fin)
39 hashnncl 14265 . . . . . . . . . 10 (𝐾 ∈ Fin → ((♯‘𝐾) ∈ ℕ ↔ 𝐾 ≠ ∅))
4038, 39syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((♯‘𝐾) ∈ ℕ ↔ 𝐾 ≠ ∅))
4135, 40mpbird 256 . . . . . . . 8 (𝜑 → (♯‘𝐾) ∈ ℕ)
4241nnzd 12525 . . . . . . 7 (𝜑 → (♯‘𝐾) ∈ ℤ)
43 hashcl 14255 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ Fin → (♯‘𝑁) ∈ ℕ0)
4425, 43syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑 → (♯‘𝑁) ∈ ℕ0)
4544nn0zd 12524 . . . . . . 7 (𝜑 → (♯‘𝑁) ∈ ℤ)
46 pwfi 9121 . . . . . . . . . . 11 (𝑋 ∈ Fin ↔ 𝒫 𝑋 ∈ Fin)
473, 46sylib 217 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → 𝒫 𝑋 ∈ Fin)
48 eqid 2736 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐺 ~QG 𝑁) = (𝐺 ~QG 𝑁)
491, 48eqger 18978 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ (SubGrp‘𝐺) → (𝐺 ~QG 𝑁) Er 𝑋)
5020, 49syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐺 ~QG 𝑁) Er 𝑋)
5150qsss 8716 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁)) ⊆ 𝒫 𝑋)
5247, 51ssfid 9210 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁)) ∈ Fin)
53 hashcl 14255 . . . . . . . . 9 ((𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁)) ∈ Fin → (♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))) ∈ ℕ0)
5452, 53syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑 → (♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))) ∈ ℕ0)
5554nn0zd 12524 . . . . . . 7 (𝜑 → (♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))) ∈ ℤ)
56 dvdscmul 16164 . . . . . . 7 (((♯‘𝐾) ∈ ℤ ∧ (♯‘𝑁) ∈ ℤ ∧ (♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))) ∈ ℤ) → ((♯‘𝐾) ∥ (♯‘𝑁) → ((♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))) · (♯‘𝐾)) ∥ ((♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))) · (♯‘𝑁))))
5742, 45, 55, 56syl3anc 1371 . . . . . 6 (𝜑 → ((♯‘𝐾) ∥ (♯‘𝑁) → ((♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))) · (♯‘𝐾)) ∥ ((♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))) · (♯‘𝑁))))
5831, 57mpd 15 . . . . 5 (𝜑 → ((♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))) · (♯‘𝐾)) ∥ ((♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))) · (♯‘𝑁)))
59 hashcl 14255 . . . . . . . . 9 (𝑋 ∈ Fin → (♯‘𝑋) ∈ ℕ0)
603, 59syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑 → (♯‘𝑋) ∈ ℕ0)
6160nn0cnd 12474 . . . . . . 7 (𝜑 → (♯‘𝑋) ∈ ℂ)
6241nncnd 12168 . . . . . . 7 (𝜑 → (♯‘𝐾) ∈ ℂ)
6341nnne0d 12202 . . . . . . 7 (𝜑 → (♯‘𝐾) ≠ 0)
6461, 62, 63divcan1d 11931 . . . . . 6 (𝜑 → (((♯‘𝑋) / (♯‘𝐾)) · (♯‘𝐾)) = (♯‘𝑋))
651, 48, 20, 3lagsubg2 18989 . . . . . 6 (𝜑 → (♯‘𝑋) = ((♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))) · (♯‘𝑁)))
6664, 65eqtrd 2776 . . . . 5 (𝜑 → (((♯‘𝑋) / (♯‘𝐾)) · (♯‘𝐾)) = ((♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))) · (♯‘𝑁)))
6758, 66breqtrrd 5133 . . . 4 (𝜑 → ((♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))) · (♯‘𝐾)) ∥ (((♯‘𝑋) / (♯‘𝐾)) · (♯‘𝐾)))
681lagsubg 18990 . . . . . . 7 ((𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑋 ∈ Fin) → (♯‘𝐾) ∥ (♯‘𝑋))
6913, 3, 68syl2anc 584 . . . . . 6 (𝜑 → (♯‘𝐾) ∥ (♯‘𝑋))
7060nn0zd 12524 . . . . . . 7 (𝜑 → (♯‘𝑋) ∈ ℤ)
71 dvdsval2 16138 . . . . . . 7 (((♯‘𝐾) ∈ ℤ ∧ (♯‘𝐾) ≠ 0 ∧ (♯‘𝑋) ∈ ℤ) → ((♯‘𝐾) ∥ (♯‘𝑋) ↔ ((♯‘𝑋) / (♯‘𝐾)) ∈ ℤ))
7242, 63, 70, 71syl3anc 1371 . . . . . 6 (𝜑 → ((♯‘𝐾) ∥ (♯‘𝑋) ↔ ((♯‘𝑋) / (♯‘𝐾)) ∈ ℤ))
7369, 72mpbid 231 . . . . 5 (𝜑 → ((♯‘𝑋) / (♯‘𝐾)) ∈ ℤ)
74 dvdsmulcr 16167 . . . . 5 (((♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))) ∈ ℤ ∧ ((♯‘𝑋) / (♯‘𝐾)) ∈ ℤ ∧ ((♯‘𝐾) ∈ ℤ ∧ (♯‘𝐾) ≠ 0)) → (((♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))) · (♯‘𝐾)) ∥ (((♯‘𝑋) / (♯‘𝐾)) · (♯‘𝐾)) ↔ (♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))) ∥ ((♯‘𝑋) / (♯‘𝐾))))
7555, 73, 42, 63, 74syl112anc 1374 . . . 4 (𝜑 → (((♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))) · (♯‘𝐾)) ∥ (((♯‘𝑋) / (♯‘𝐾)) · (♯‘𝐾)) ↔ (♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))) ∥ ((♯‘𝑋) / (♯‘𝐾))))
7667, 75mpbid 231 . . 3 (𝜑 → (♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))) ∥ ((♯‘𝑋) / (♯‘𝐾)))
771, 3, 8slwhash 19404 . . . 4 (𝜑 → (♯‘𝐾) = (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋))))
7877oveq2d 7372 . . 3 (𝜑 → ((♯‘𝑋) / (♯‘𝐾)) = ((♯‘𝑋) / (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))))
7976, 78breqtrd 5131 . 2 (𝜑 → (♯‘(𝑋 / (𝐺 ~QG 𝑁))) ∥ ((♯‘𝑋) / (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))))
8011, 79eqbrtrd 5127 1 (𝜑 → (♯‘(𝑃 pSyl 𝐺)) ∥ ((♯‘𝑋) / (𝑃↑(𝑃 pCnt (♯‘𝑋)))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 205   = wceq 1541  wcel 2106  wne 2943  wral 3064  {crab 3407  wss 3910  c0 4282  𝒫 cpw 4560   class class class wbr 5105  cmpt 5188  ran crn 5634  cfv 6496  (class class class)co 7356  cmpo 7358   Er wer 8644   / cqs 8646  Fincfn 8882  0cc0 11050   · cmul 11055   / cdiv 11811  cn 12152  0cn0 12412  cz 12498  cexp 13966  chash 14229  cdvds 16135  cprime 16546   pCnt cpc 16707  Basecbs 17082  s cress 17111  +gcplusg 17132  0gc0g 17320  Grpcgrp 18747  -gcsg 18749  SubGrpcsubg 18920  NrmSGrpcnsg 18921   ~QG cqg 18922   pSyl cslw 19307
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2707  ax-rep 5242  ax-sep 5256  ax-nul 5263  ax-pow 5320  ax-pr 5384  ax-un 7671  ax-inf2 9576  ax-cnex 11106  ax-resscn 11107  ax-1cn 11108  ax-icn 11109  ax-addcl 11110  ax-addrcl 11111  ax-mulcl 11112  ax-mulrcl 11113  ax-mulcom 11114  ax-addass 11115  ax-mulass 11116  ax-distr 11117  ax-i2m1 11118  ax-1ne0 11119  ax-1rid 11120  ax-rnegex 11121  ax-rrecex 11122  ax-cnre 11123  ax-pre-lttri 11124  ax-pre-lttrn 11125  ax-pre-ltadd 11126  ax-pre-mulgt0 11127  ax-pre-sup 11128
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2714  df-cleq 2728  df-clel 2814  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3065  df-rex 3074  df-rmo 3353  df-reu 3354  df-rab 3408  df-v 3447  df-sbc 3740  df-csb 3856  df-dif 3913  df-un 3915  df-in 3917  df-ss 3927  df-pss 3929  df-nul 4283  df-if 4487  df-pw 4562  df-sn 4587  df-pr 4589  df-op 4593  df-uni 4866  df-int 4908  df-iun 4956  df-disj 5071  df-br 5106  df-opab 5168  df-mpt 5189  df-tr 5223  df-id 5531  df-eprel 5537  df-po 5545  df-so 5546  df-fr 5588  df-se 5589  df-we 5590  df-xp 5639  df-rel 5640  df-cnv 5641  df-co 5642  df-dm 5643  df-rn 5644  df-res 5645  df-ima 5646  df-pred 6253  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6498  df-fn 6499  df-f 6500  df-f1 6501  df-fo 6502  df-f1o 6503  df-fv 6504  df-isom 6505  df-riota 7312  df-ov 7359  df-oprab 7360  df-mpo 7361  df-om 7802  df-1st 7920  df-2nd 7921  df-frecs 8211  df-wrecs 8242  df-recs 8316  df-rdg 8355  df-1o 8411  df-2o 8412  df-oadd 8415  df-omul 8416  df-er 8647  df-ec 8649  df-qs 8653  df-map 8766  df-en 8883  df-dom 8884  df-sdom 8885  df-fin 8886  df-sup 9377  df-inf 9378  df-oi 9445  df-dju 9836  df-card 9874  df-acn 9877  df-pnf 11190  df-mnf 11191  df-xr 11192  df-ltxr 11193  df-le 11194  df-sub 11386  df-neg 11387  df-div 11812  df-nn 12153  df-2 12215  df-3 12216  df-n0 12413  df-xnn0 12485  df-z 12499  df-uz 12763  df-q 12873  df-rp 12915  df-fz 13424  df-fzo 13567  df-fl 13696  df-mod 13774  df-seq 13906  df-exp 13967  df-fac 14173  df-bc 14202  df-hash 14230  df-cj 14983  df-re 14984  df-im 14985  df-sqrt 15119  df-abs 15120  df-clim 15369  df-sum 15570  df-dvds 16136  df-gcd 16374  df-prm 16547  df-pc 16708  df-sets 17035  df-slot 17053  df-ndx 17065  df-base 17083  df-ress 17112  df-plusg 17145  df-0g 17322  df-mgm 18496  df-sgrp 18545  df-mnd 18556  df-submnd 18601  df-grp 18750  df-minusg 18751  df-sbg 18752  df-mulg 18871  df-subg 18923  df-nsg 18924  df-eqg 18925  df-ghm 19004  df-ga 19068  df-od 19308  df-pgp 19310  df-slw 19311
This theorem is referenced by:  sylow3  19413
  Copyright terms: Public domain W3C validator