Theorem eqger 16229

Description: The subgroup coset equivalence relation is an equivalence relation. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Jan-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
eqger.x	|- X = ( Base ` G )
eqger.r	|- .~ = ( G ~QG Y )

Assertion

Ref	Expression
eqger	|- ( Y e. (SubGrp ` G ) -> .~ Er X )

Proof of Theorem eqger

Dummy variables x y z are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eqger.r	. . . 4 |- .~ = ( G ~QG Y )
2	1	releqg 16226	. . 3 |- Rel .~
3	2	a1i 11	. 2 |- ( Y e. (SubGrp ` G ) -> Rel .~ )
4		subgrcl 16184	. . . . . 6 |- ( Y e. (SubGrp ` G ) -> G e. Grp )
5		eqger.x	. . . . . . 7 |- X = ( Base ` G )
6	5	subgss 16180	. . . . . 6 |- ( Y e. (SubGrp ` G ) -> Y C_ X )
7		eqid 2443	. . . . . . 7 |- ( invg ` G ) = ( invg ` G )
8		eqid 2443	. . . . . . 7 |- ( +g ` G ) = ( +g ` G )
9	5, 7, 8, 1	eqgval 16228	. . . . . 6 |- ( ( G e. Grp /\ Y C_ X ) -> ( x .~ y <-> ( x e. X /\ y e. X /\ ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) y ) e. Y ) ) )
10	4, 6, 9	syl2anc 661	. . . . 5 |- ( Y e. (SubGrp ` G ) -> ( x .~ y <-> ( x e. X /\ y e. X /\ ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) y ) e. Y ) ) )
11	10	biimpa 484	. . . 4 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ x .~ y ) -> ( x e. X /\ y e. X /\ ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) y ) e. Y ) )
12	11	simp2d 1010	. . 3 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ x .~ y ) -> y e. X )
13	11	simp1d 1009	. . 3 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ x .~ y ) -> x e. X )
14	4	adantr 465	. . . . . 6 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ x .~ y ) -> G e. Grp )
15	5, 7	grpinvcl 16073	. . . . . . 7 |- ( ( G e. Grp /\ x e. X ) -> ( ( invg ` G ) ` x ) e. X )
16	14, 13, 15	syl2anc 661	. . . . . 6 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ x .~ y ) -> ( ( invg ` G ) ` x ) e. X )
17	5, 8, 7	grpinvadd 16094	. . . . . 6 |- ( ( G e. Grp /\ ( ( invg ` G ) ` x ) e. X /\ y e. X ) -> ( ( invg ` G ) ` ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) y ) ) = ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) ( ( invg ` G ) ` ( ( invg ` G ) ` x ) ) ) )
18	14, 16, 12, 17	syl3anc 1229	. . . . 5 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ x .~ y ) -> ( ( invg ` G ) ` ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) y ) ) = ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) ( ( invg ` G ) ` ( ( invg ` G ) ` x ) ) ) )
19	5, 7	grpinvinv 16083	. . . . . . 7 |- ( ( G e. Grp /\ x e. X ) -> ( ( invg ` G ) ` ( ( invg ` G ) ` x ) ) = x )
20	14, 13, 19	syl2anc 661	. . . . . 6 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ x .~ y ) -> ( ( invg ` G ) ` ( ( invg ` G ) ` x ) ) = x )
21	20	oveq2d 6297	. . . . 5 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ x .~ y ) -> ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) ( ( invg ` G ) ` ( ( invg ` G ) ` x ) ) ) = ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) x ) )
22	18, 21	eqtrd 2484	. . . 4 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ x .~ y ) -> ( ( invg ` G ) ` ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) y ) ) = ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) x ) )
23	11	simp3d 1011	. . . . 5 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ x .~ y ) -> ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) y ) e. Y )
24	7	subginvcl 16188	. . . . 5 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) y ) e. Y ) -> ( ( invg ` G ) ` ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) y ) ) e. Y )
25	23, 24	syldan 470	. . . 4 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ x .~ y ) -> ( ( invg ` G ) ` ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) y ) ) e. Y )
26	22, 25	eqeltrrd 2532	. . 3 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ x .~ y ) -> ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) x ) e. Y )
27	6	adantr 465	. . . 4 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ x .~ y ) -> Y C_ X )
28	5, 7, 8, 1	eqgval 16228	. . . 4 |- ( ( G e. Grp /\ Y C_ X ) -> ( y .~ x <-> ( y e. X /\ x e. X /\ ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) x ) e. Y ) ) )
29	14, 27, 28	syl2anc 661	. . 3 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ x .~ y ) -> ( y .~ x <-> ( y e. X /\ x e. X /\ ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) x ) e. Y ) ) )
30	12, 13, 26, 29	mpbir3and 1180	. 2 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ x .~ y ) -> y .~ x )
31	13	adantrr 716	. . 3 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> x e. X )
32	5, 7, 8, 1	eqgval 16228	. . . . . . 7 |- ( ( G e. Grp /\ Y C_ X ) -> ( y .~ z <-> ( y e. X /\ z e. X /\ ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) z ) e. Y ) ) )
33	4, 6, 32	syl2anc 661	. . . . . 6 |- ( Y e. (SubGrp ` G ) -> ( y .~ z <-> ( y e. X /\ z e. X /\ ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) z ) e. Y ) ) )
34	33	biimpa 484	. . . . 5 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ y .~ z ) -> ( y e. X /\ z e. X /\ ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) z ) e. Y ) )
35	34	adantrl 715	. . . 4 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> ( y e. X /\ z e. X /\ ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) z ) e. Y ) )
36	35	simp2d 1010	. . 3 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> z e. X )
37	4	adantr 465	. . . . . 6 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> G e. Grp )
38	37, 31, 15	syl2anc 661	. . . . . 6 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> ( ( invg ` G ) ` x ) e. X )
39	12	adantrr 716	. . . . . 6 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> y e. X )
40	5, 7	grpinvcl 16073	. . . . . . . 8 |- ( ( G e. Grp /\ y e. X ) -> ( ( invg ` G ) ` y ) e. X )
41	37, 39, 40	syl2anc 661	. . . . . . 7 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> ( ( invg ` G ) ` y ) e. X )
42	5, 8	grpcl 16041	. . . . . . 7 |- ( ( G e. Grp /\ ( ( invg ` G ) ` y ) e. X /\ z e. X ) -> ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) z ) e. X )
43	37, 41, 36, 42	syl3anc 1229	. . . . . 6 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) z ) e. X )
44	5, 8	grpass 16042	. . . . . 6 |- ( ( G e. Grp /\ ( ( ( invg ` G ) ` x ) e. X /\ y e. X /\ ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) z ) e. X ) ) -> ( ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) y ) ( +g ` G ) ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) z ) ) = ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) ( y ( +g ` G ) ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) z ) ) ) )
45	37, 38, 39, 43, 44	syl13anc 1231	. . . . 5 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> ( ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) y ) ( +g ` G ) ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) z ) ) = ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) ( y ( +g ` G ) ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) z ) ) ) )
46		eqid 2443	. . . . . . . . . 10 |- ( 0g ` G ) = ( 0g ` G )
47	5, 8, 46, 7	grprinv 16075	. . . . . . . . 9 |- ( ( G e. Grp /\ y e. X ) -> ( y ( +g ` G ) ( ( invg ` G ) ` y ) ) = ( 0g ` G ) )
48	37, 39, 47	syl2anc 661	. . . . . . . 8 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> ( y ( +g ` G ) ( ( invg ` G ) ` y ) ) = ( 0g ` G ) )
49	48	oveq1d 6296	. . . . . . 7 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> ( ( y ( +g ` G ) ( ( invg ` G ) ` y ) ) ( +g ` G ) z ) = ( ( 0g ` G ) ( +g ` G ) z ) )
50	5, 8	grpass 16042	. . . . . . . 8 |- ( ( G e. Grp /\ ( y e. X /\ ( ( invg ` G ) ` y ) e. X /\ z e. X ) ) -> ( ( y ( +g ` G ) ( ( invg ` G ) ` y ) ) ( +g ` G ) z ) = ( y ( +g ` G ) ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) z ) ) )
51	37, 39, 41, 36, 50	syl13anc 1231	. . . . . . 7 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> ( ( y ( +g ` G ) ( ( invg ` G ) ` y ) ) ( +g ` G ) z ) = ( y ( +g ` G ) ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) z ) ) )
52	5, 8, 46	grplid 16058	. . . . . . . 8 |- ( ( G e. Grp /\ z e. X ) -> ( ( 0g ` G ) ( +g ` G ) z ) = z )
53	37, 36, 52	syl2anc 661	. . . . . . 7 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> ( ( 0g ` G ) ( +g ` G ) z ) = z )
54	49, 51, 53	3eqtr3d 2492	. . . . . 6 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> ( y ( +g ` G ) ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) z ) ) = z )
55	54	oveq2d 6297	. . . . 5 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) ( y ( +g ` G ) ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) z ) ) ) = ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) z ) )
56	45, 55	eqtrd 2484	. . . 4 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> ( ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) y ) ( +g ` G ) ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) z ) ) = ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) z ) )
57		simpl 457	. . . . 5 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> Y e. (SubGrp ` G ) )
58	23	adantrr 716	. . . . 5 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) y ) e. Y )
59	35	simp3d 1011	. . . . 5 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) z ) e. Y )
60	8	subgcl 16189	. . . . 5 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) y ) e. Y /\ ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) z ) e. Y ) -> ( ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) y ) ( +g ` G ) ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) z ) ) e. Y )
61	57, 58, 59, 60	syl3anc 1229	. . . 4 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> ( ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) y ) ( +g ` G ) ( ( ( invg ` G ) ` y ) ( +g ` G ) z ) ) e. Y )
62	56, 61	eqeltrrd 2532	. . 3 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) z ) e. Y )
63	6	adantr 465	. . . 4 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> Y C_ X )
64	5, 7, 8, 1	eqgval 16228	. . . 4 |- ( ( G e. Grp /\ Y C_ X ) -> ( x .~ z <-> ( x e. X /\ z e. X /\ ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) z ) e. Y ) ) )
65	37, 63, 64	syl2anc 661	. . 3 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> ( x .~ z <-> ( x e. X /\ z e. X /\ ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) z ) e. Y ) ) )
66	31, 36, 62, 65	mpbir3and 1180	. 2 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ ( x .~ y /\ y .~ z ) ) -> x .~ z )
67	5, 8, 46, 7	grplinv 16074	. . . . . . 7 |- ( ( G e. Grp /\ x e. X ) -> ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) x ) = ( 0g ` G ) )
68	4, 67	sylan 471	. . . . . 6 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ x e. X ) -> ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) x ) = ( 0g ` G ) )
69	46	subg0cl 16187	. . . . . . 7 |- ( Y e. (SubGrp ` G ) -> ( 0g ` G ) e. Y )
70	69	adantr 465	. . . . . 6 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ x e. X ) -> ( 0g ` G ) e. Y )
71	68, 70	eqeltrd 2531	. . . . 5 |- ( ( Y e. (SubGrp ` G ) /\ x e. X ) -> ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) x ) e. Y )
72	71	ex 434	. . . 4 |- ( Y e. (SubGrp ` G ) -> ( x e. X -> ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) x ) e. Y ) )
73	72	pm4.71rd 635	. . 3 |- ( Y e. (SubGrp ` G ) -> ( x e. X <-> ( ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) x ) e. Y /\ x e. X ) ) )
74	5, 7, 8, 1	eqgval 16228	. . . . 5 |- ( ( G e. Grp /\ Y C_ X ) -> ( x .~ x <-> ( x e. X /\ x e. X /\ ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) x ) e. Y ) ) )
75	4, 6, 74	syl2anc 661	. . . 4 |- ( Y e. (SubGrp ` G ) -> ( x .~ x <-> ( x e. X /\ x e. X /\ ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) x ) e. Y ) ) )
76		df-3an 976	. . . . 5 |- ( ( x e. X /\ x e. X /\ ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) x ) e. Y ) <-> ( ( x e. X /\ x e. X ) /\ ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) x ) e. Y ) )
77		anidm 644	. . . . . 6 |- ( ( x e. X /\ x e. X ) <-> x e. X )
78	77	anbi2ci 696	. . . . 5 |- ( ( ( x e. X /\ x e. X ) /\ ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) x ) e. Y ) <-> ( ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) x ) e. Y /\ x e. X ) )
79	76, 78	bitri 249	. . . 4 |- ( ( x e. X /\ x e. X /\ ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) x ) e. Y ) <-> ( ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) x ) e. Y /\ x e. X ) )
80	75, 79	syl6bb 261	. . 3 |- ( Y e. (SubGrp ` G ) -> ( x .~ x <-> ( ( ( ( invg ` G ) ` x ) ( +g ` G ) x ) e. Y /\ x e. X ) ) )
81	73, 80	bitr4d 256	. 2 |- ( Y e. (SubGrp ` G ) -> ( x e. X <-> x .~ x ) )
82	3, 30, 66, 81	iserd 7339	1 |- ( Y e. (SubGrp ` G ) -> .~ Er X )

Syntax hints:   -> wi 4   <-> wb 184   /\ wa 369   /\ w3a 974   = wceq 1383   e. wcel 1804   C_ wss 3461   class class class wbr 4437   Rel wrel 4994   ` cfv 5578  (class class class)co 6281   Er wer 7310   Basecbs 14613   +g cplusg 14678   0gc0g 14818   Grpcgrp 16031   invgcminusg 16032  SubGrpcsubg 16173   ~_QG cqg 16175

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1605  ax-4 1618  ax-5 1691  ax-6 1734  ax-7 1776  ax-8 1806  ax-9 1808  ax-10 1823  ax-11 1828  ax-12 1840  ax-13 1985  ax-ext 2421  ax-rep 4548  ax-sep 4558  ax-nul 4566  ax-pow 4615  ax-pr 4676  ax-un 6577  ax-cnex 9551  ax-resscn 9552  ax-1cn 9553  ax-icn 9554  ax-addcl 9555  ax-addrcl 9556  ax-mulcl 9557  ax-mulrcl 9558  ax-mulcom 9559  ax-addass 9560  ax-mulass 9561  ax-distr 9562  ax-i2m1 9563  ax-1ne0 9564  ax-1rid 9565  ax-rnegex 9566  ax-rrecex 9567  ax-cnre 9568  ax-pre-lttri 9569  ax-pre-lttrn 9570  ax-pre-ltadd 9571  ax-pre-mulgt0 9572

This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3or 975  df-3an 976  df-tru 1386  df-ex 1600  df-nf 1604  df-sb 1727  df-eu 2272  df-mo 2273  df-clab 2429  df-cleq 2435  df-clel 2438  df-nfc 2593  df-ne 2640  df-nel 2641  df-ral 2798  df-rex 2799  df-reu 2800  df-rmo 2801  df-rab 2802  df-v 3097  df-sbc 3314  df-csb 3421  df-dif 3464  df-un 3466  df-in 3468  df-ss 3475  df-pss 3477  df-nul 3771  df-if 3927  df-pw 3999  df-sn 4015  df-pr 4017  df-tp 4019  df-op 4021  df-uni 4235  df-iun 4317  df-br 4438  df-opab 4496  df-mpt 4497  df-tr 4531  df-eprel 4781  df-id 4785  df-po 4790  df-so 4791  df-fr 4828  df-we 4830  df-ord 4871  df-on 4872  df-lim 4873  df-suc 4874  df-xp 4995  df-rel 4996  df-cnv 4997  df-co 4998  df-dm 4999  df-rn 5000  df-res 5001  df-ima 5002  df-iota 5541  df-fun 5580  df-fn 5581  df-f 5582  df-f1 5583  df-fo 5584  df-f1o 5585  df-fv 5586  df-riota 6242  df-ov 6284  df-oprab 6285  df-mpt2 6286  df-om 6686  df-1st 6785  df-2nd 6786  df-recs 7044  df-rdg 7078  df-er 7313  df-en 7519  df-dom 7520  df-sdom 7521  df-pnf 9633  df-mnf 9634  df-xr 9635  df-ltxr 9636  df-le 9637  df-sub 9812  df-neg 9813  df-nn 10544  df-2 10601  df-ndx 14616  df-slot 14617  df-base 14618  df-sets 14619  df-ress 14620  df-plusg 14691  df-0g 14820  df-mgm 15850  df-sgrp 15889  df-mnd 15899  df-grp 16035  df-minusg 16036  df-subg 16176  df-eqg 16178

This theorem is referenced by:  qusgrp  16234  qusadd  16236  lagsubg2  16240  lagsubg  16241  orbstafun  16327  orbstaval  16328  orbsta  16329  orbsta2  16330  sylow2blem1  16618  sylow2blem2  16619  sylow2blem3  16620  sylow3lem3  16627  sylow3lem4  16628  2idlcpbl  17860  qus1  17861  qusrhm  17863  quscrng  17866  zndvds  18565  cldsubg  20586  qustgpopn  20595  qustgphaus  20598  tgptsmscls  20629