MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  sylow1lem4 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem sylow1lem4 18016
Description: Lemma for sylow1 18018. The stabilizer subgroup of any element of 𝑆 is at most 𝑃𝑁 in size. (Contributed by Mario Carneiro, 15-Jan-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
sylow1.x 𝑋 = (Base‘𝐺)
sylow1.g (𝜑𝐺 ∈ Grp)
sylow1.f (𝜑𝑋 ∈ Fin)
sylow1.p (𝜑𝑃 ∈ ℙ)
sylow1.n (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
sylow1.d (𝜑 → (𝑃𝑁) ∥ (#‘𝑋))
sylow1lem.a + = (+g𝐺)
sylow1lem.s 𝑆 = {𝑠 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (#‘𝑠) = (𝑃𝑁)}
sylow1lem.m = (𝑥𝑋, 𝑦𝑆 ↦ ran (𝑧𝑦 ↦ (𝑥 + 𝑧)))
sylow1lem3.1 = {⟨𝑥, 𝑦⟩ ∣ ({𝑥, 𝑦} ⊆ 𝑆 ∧ ∃𝑔𝑋 (𝑔 𝑥) = 𝑦)}
sylow1lem4.b (𝜑𝐵𝑆)
sylow1lem4.h 𝐻 = {𝑢𝑋 ∣ (𝑢 𝐵) = 𝐵}
Assertion
Ref Expression
sylow1lem4 (𝜑 → (#‘𝐻) ≤ (𝑃𝑁))
Distinct variable groups:   𝑔,𝑠,𝑢,𝑥,𝑦,𝑧,𝐵   𝑔,𝐻,𝑥,𝑦   𝑆,𝑔,𝑢,𝑥,𝑦,𝑧   𝑔,𝑁,𝑠,𝑢,𝑥,𝑦,𝑧   𝑔,𝑋,𝑠,𝑢,𝑥,𝑦,𝑧   + ,𝑠,𝑢,𝑥,𝑦,𝑧   𝑧,   ,𝑔,𝑢,𝑥,𝑦,𝑧   𝑔,𝐺,𝑠,𝑢,𝑥,𝑦,𝑧   𝑃,𝑔,𝑠,𝑢,𝑥,𝑦,𝑧   𝜑,𝑢,𝑥,𝑦,𝑧
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑔,𝑠)   + (𝑔)   (𝑠)   (𝑥,𝑦,𝑢,𝑔,𝑠)   𝑆(𝑠)   𝐻(𝑧,𝑢,𝑠)

Proof of Theorem sylow1lem4
Dummy variables 𝑎 𝑏 𝑐 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 sylow1lem4.b . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐵𝑆)
2 fveq2 6191 . . . . . . . . . . . 12 (𝑠 = 𝐵 → (#‘𝑠) = (#‘𝐵))
32eqeq1d 2624 . . . . . . . . . . 11 (𝑠 = 𝐵 → ((#‘𝑠) = (𝑃𝑁) ↔ (#‘𝐵) = (𝑃𝑁)))
4 sylow1lem.s . . . . . . . . . . 11 𝑆 = {𝑠 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (#‘𝑠) = (𝑃𝑁)}
53, 4elrab2 3366 . . . . . . . . . 10 (𝐵𝑆 ↔ (𝐵 ∈ 𝒫 𝑋 ∧ (#‘𝐵) = (𝑃𝑁)))
61, 5sylib 208 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐵 ∈ 𝒫 𝑋 ∧ (#‘𝐵) = (𝑃𝑁)))
76simprd 479 . . . . . . . 8 (𝜑 → (#‘𝐵) = (𝑃𝑁))
8 sylow1.p . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑃 ∈ ℙ)
9 prmnn 15388 . . . . . . . . . 10 (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℕ)
108, 9syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑃 ∈ ℕ)
11 sylow1.n . . . . . . . . 9 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
1210, 11nnexpcld 13030 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑃𝑁) ∈ ℕ)
137, 12eqeltrd 2701 . . . . . . 7 (𝜑 → (#‘𝐵) ∈ ℕ)
1413nnne0d 11065 . . . . . 6 (𝜑 → (#‘𝐵) ≠ 0)
15 hasheq0 13154 . . . . . . . 8 (𝐵𝑆 → ((#‘𝐵) = 0 ↔ 𝐵 = ∅))
1615necon3bid 2838 . . . . . . 7 (𝐵𝑆 → ((#‘𝐵) ≠ 0 ↔ 𝐵 ≠ ∅))
171, 16syl 17 . . . . . 6 (𝜑 → ((#‘𝐵) ≠ 0 ↔ 𝐵 ≠ ∅))
1814, 17mpbid 222 . . . . 5 (𝜑𝐵 ≠ ∅)
19 n0 3931 . . . . 5 (𝐵 ≠ ∅ ↔ ∃𝑎 𝑎𝐵)
2018, 19sylib 208 . . . 4 (𝜑 → ∃𝑎 𝑎𝐵)
211adantr 481 . . . . 5 ((𝜑𝑎𝐵) → 𝐵𝑆)
22 simplr 792 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → 𝑎𝐵)
23 oveq2 6658 . . . . . . . . . . . 12 (𝑧 = 𝑎 → (𝑏 + 𝑧) = (𝑏 + 𝑎))
24 eqid 2622 . . . . . . . . . . . 12 (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)) = (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧))
25 ovex 6678 . . . . . . . . . . . 12 (𝑏 + 𝑎) ∈ V
2623, 24, 25fvmpt 6282 . . . . . . . . . . 11 (𝑎𝐵 → ((𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧))‘𝑎) = (𝑏 + 𝑎))
2722, 26syl 17 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → ((𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧))‘𝑎) = (𝑏 + 𝑎))
28 ovex 6678 . . . . . . . . . . . 12 (𝑏 + 𝑧) ∈ V
2928, 24fnmpti 6022 . . . . . . . . . . 11 (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)) Fn 𝐵
30 fnfvelrn 6356 . . . . . . . . . . 11 (((𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)) Fn 𝐵𝑎𝐵) → ((𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧))‘𝑎) ∈ ran (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)))
3129, 22, 30sylancr 695 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → ((𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧))‘𝑎) ∈ ran (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)))
3227, 31eqeltrrd 2702 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → (𝑏 + 𝑎) ∈ ran (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)))
33 sylow1lem4.h . . . . . . . . . . . 12 𝐻 = {𝑢𝑋 ∣ (𝑢 𝐵) = 𝐵}
34 ssrab2 3687 . . . . . . . . . . . 12 {𝑢𝑋 ∣ (𝑢 𝐵) = 𝐵} ⊆ 𝑋
3533, 34eqsstri 3635 . . . . . . . . . . 11 𝐻𝑋
36 simpr 477 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → 𝑏𝐻)
3735, 36sseldi 3601 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → 𝑏𝑋)
381ad2antrr 762 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → 𝐵𝑆)
39 mptexg 6484 . . . . . . . . . . 11 (𝐵𝑆 → (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)) ∈ V)
40 rnexg 7098 . . . . . . . . . . 11 ((𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)) ∈ V → ran (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)) ∈ V)
4138, 39, 403syl 18 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → ran (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)) ∈ V)
42 simpr 477 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 = 𝑏𝑦 = 𝐵) → 𝑦 = 𝐵)
43 simpl 473 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 = 𝑏𝑦 = 𝐵) → 𝑥 = 𝑏)
4443oveq1d 6665 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 = 𝑏𝑦 = 𝐵) → (𝑥 + 𝑧) = (𝑏 + 𝑧))
4542, 44mpteq12dv 4733 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 = 𝑏𝑦 = 𝐵) → (𝑧𝑦 ↦ (𝑥 + 𝑧)) = (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)))
4645rneqd 5353 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 = 𝑏𝑦 = 𝐵) → ran (𝑧𝑦 ↦ (𝑥 + 𝑧)) = ran (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)))
47 sylow1lem.m . . . . . . . . . . 11 = (𝑥𝑋, 𝑦𝑆 ↦ ran (𝑧𝑦 ↦ (𝑥 + 𝑧)))
4846, 47ovmpt2ga 6790 . . . . . . . . . 10 ((𝑏𝑋𝐵𝑆 ∧ ran (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)) ∈ V) → (𝑏 𝐵) = ran (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)))
4937, 38, 41, 48syl3anc 1326 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → (𝑏 𝐵) = ran (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)))
5032, 49eleqtrrd 2704 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → (𝑏 + 𝑎) ∈ (𝑏 𝐵))
51 oveq1 6657 . . . . . . . . . . . 12 (𝑢 = 𝑏 → (𝑢 𝐵) = (𝑏 𝐵))
5251eqeq1d 2624 . . . . . . . . . . 11 (𝑢 = 𝑏 → ((𝑢 𝐵) = 𝐵 ↔ (𝑏 𝐵) = 𝐵))
5352, 33elrab2 3366 . . . . . . . . . 10 (𝑏𝐻 ↔ (𝑏𝑋 ∧ (𝑏 𝐵) = 𝐵))
5453simprbi 480 . . . . . . . . 9 (𝑏𝐻 → (𝑏 𝐵) = 𝐵)
5554adantl 482 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → (𝑏 𝐵) = 𝐵)
5650, 55eleqtrd 2703 . . . . . . 7 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → (𝑏 + 𝑎) ∈ 𝐵)
5756ex 450 . . . . . 6 ((𝜑𝑎𝐵) → (𝑏𝐻 → (𝑏 + 𝑎) ∈ 𝐵))
58 sylow1.g . . . . . . . . 9 (𝜑𝐺 ∈ Grp)
5958ad2antrr 762 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ (𝑏𝐻𝑐𝐻)) → 𝐺 ∈ Grp)
60 simprl 794 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ (𝑏𝐻𝑐𝐻)) → 𝑏𝐻)
6135, 60sseldi 3601 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ (𝑏𝐻𝑐𝐻)) → 𝑏𝑋)
62 simprr 796 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ (𝑏𝐻𝑐𝐻)) → 𝑐𝐻)
6335, 62sseldi 3601 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ (𝑏𝐻𝑐𝐻)) → 𝑐𝑋)
646simpld 475 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐵 ∈ 𝒫 𝑋)
6564elpwid 4170 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐵𝑋)
6665sselda 3603 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑎𝐵) → 𝑎𝑋)
6766adantr 481 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ (𝑏𝐻𝑐𝐻)) → 𝑎𝑋)
68 sylow1.x . . . . . . . . 9 𝑋 = (Base‘𝐺)
69 sylow1lem.a . . . . . . . . 9 + = (+g𝐺)
7068, 69grprcan 17455 . . . . . . . 8 ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑏𝑋𝑐𝑋𝑎𝑋)) → ((𝑏 + 𝑎) = (𝑐 + 𝑎) ↔ 𝑏 = 𝑐))
7159, 61, 63, 67, 70syl13anc 1328 . . . . . . 7 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ (𝑏𝐻𝑐𝐻)) → ((𝑏 + 𝑎) = (𝑐 + 𝑎) ↔ 𝑏 = 𝑐))
7271ex 450 . . . . . 6 ((𝜑𝑎𝐵) → ((𝑏𝐻𝑐𝐻) → ((𝑏 + 𝑎) = (𝑐 + 𝑎) ↔ 𝑏 = 𝑐)))
7357, 72dom2d 7996 . . . . 5 ((𝜑𝑎𝐵) → (𝐵𝑆𝐻𝐵))
7421, 73mpd 15 . . . 4 ((𝜑𝑎𝐵) → 𝐻𝐵)
7520, 74exlimddv 1863 . . 3 (𝜑𝐻𝐵)
76 sylow1.f . . . . 5 (𝜑𝑋 ∈ Fin)
77 ssfi 8180 . . . . 5 ((𝑋 ∈ Fin ∧ 𝐻𝑋) → 𝐻 ∈ Fin)
7876, 35, 77sylancl 694 . . . 4 (𝜑𝐻 ∈ Fin)
79 ssfi 8180 . . . . 5 ((𝑋 ∈ Fin ∧ 𝐵𝑋) → 𝐵 ∈ Fin)
8076, 65, 79syl2anc 693 . . . 4 (𝜑𝐵 ∈ Fin)
81 hashdom 13168 . . . 4 ((𝐻 ∈ Fin ∧ 𝐵 ∈ Fin) → ((#‘𝐻) ≤ (#‘𝐵) ↔ 𝐻𝐵))
8278, 80, 81syl2anc 693 . . 3 (𝜑 → ((#‘𝐻) ≤ (#‘𝐵) ↔ 𝐻𝐵))
8375, 82mpbird 247 . 2 (𝜑 → (#‘𝐻) ≤ (#‘𝐵))
8483, 7breqtrd 4679 1 (𝜑 → (#‘𝐻) ≤ (𝑃𝑁))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 384   = wceq 1483  wex 1704  wcel 1990  wne 2794  wrex 2913  {crab 2916  Vcvv 3200  wss 3574  c0 3915  𝒫 cpw 4158  {cpr 4179   class class class wbr 4653  {copab 4712  cmpt 4729  ran crn 5115   Fn wfn 5883  cfv 5888  (class class class)co 6650  cmpt2 6652  cdom 7953  Fincfn 7955  0cc0 9936  cle 10075  cn 11020  0cn0 11292  cexp 12860  #chash 13117  cdvds 14983  cprime 15385  Basecbs 15857  +gcplusg 15941  Grpcgrp 17422
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1722  ax-4 1737  ax-5 1839  ax-6 1888  ax-7 1935  ax-8 1992  ax-9 1999  ax-10 2019  ax-11 2034  ax-12 2047  ax-13 2246  ax-ext 2602  ax-rep 4771  ax-sep 4781  ax-nul 4789  ax-pow 4843  ax-pr 4906  ax-un 6949  ax-cnex 9992  ax-resscn 9993  ax-1cn 9994  ax-icn 9995  ax-addcl 9996  ax-addrcl 9997  ax-mulcl 9998  ax-mulrcl 9999  ax-mulcom 10000  ax-addass 10001  ax-mulass 10002  ax-distr 10003  ax-i2m1 10004  ax-1ne0 10005  ax-1rid 10006  ax-rnegex 10007  ax-rrecex 10008  ax-cnre 10009  ax-pre-lttri 10010  ax-pre-lttrn 10011  ax-pre-ltadd 10012  ax-pre-mulgt0 10013
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1038  df-3an 1039  df-tru 1486  df-ex 1705  df-nf 1710  df-sb 1881  df-eu 2474  df-mo 2475  df-clab 2609  df-cleq 2615  df-clel 2618  df-nfc 2753  df-ne 2795  df-nel 2898  df-ral 2917  df-rex 2918  df-reu 2919  df-rmo 2920  df-rab 2921  df-v 3202  df-sbc 3436  df-csb 3534  df-dif 3577  df-un 3579  df-in 3581  df-ss 3588  df-pss 3590  df-nul 3916  df-if 4087  df-pw 4160  df-sn 4178  df-pr 4180  df-tp 4182  df-op 4184  df-uni 4437  df-int 4476  df-iun 4522  df-br 4654  df-opab 4713  df-mpt 4730  df-tr 4753  df-id 5024  df-eprel 5029  df-po 5035  df-so 5036  df-fr 5073  df-we 5075  df-xp 5120  df-rel 5121  df-cnv 5122  df-co 5123  df-dm 5124  df-rn 5125  df-res 5126  df-ima 5127  df-pred 5680  df-ord 5726  df-on 5727  df-lim 5728  df-suc 5729  df-iota 5851  df-fun 5890  df-fn 5891  df-f 5892  df-f1 5893  df-fo 5894  df-f1o 5895  df-fv 5896  df-riota 6611  df-ov 6653  df-oprab 6654  df-mpt2 6655  df-om 7066  df-1st 7168  df-2nd 7169  df-wrecs 7407  df-recs 7468  df-rdg 7506  df-1o 7560  df-oadd 7564  df-er 7742  df-en 7956  df-dom 7957  df-sdom 7958  df-fin 7959  df-card 8765  df-pnf 10076  df-mnf 10077  df-xr 10078  df-ltxr 10079  df-le 10080  df-sub 10268  df-neg 10269  df-nn 11021  df-n0 11293  df-xnn0 11364  df-z 11378  df-uz 11688  df-fz 12327  df-seq 12802  df-exp 12861  df-hash 13118  df-prm 15386  df-0g 16102  df-mgm 17242  df-sgrp 17284  df-mnd 17295  df-grp 17425
This theorem is referenced by:  sylow1lem5  18017
  Copyright terms: Public domain W3C validator