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

Theorem sylow1lem4 17839
Description: Lemma for sylow1 17841. 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 6103 . . . . . . . . . . . 12 (𝑠 = 𝐵 → (#‘𝑠) = (#‘𝐵))
32eqeq1d 2612 . . . . . . . . . . 11 (𝑠 = 𝐵 → ((#‘𝑠) = (𝑃𝑁) ↔ (#‘𝐵) = (𝑃𝑁)))
4 sylow1lem.s . . . . . . . . . . 11 𝑆 = {𝑠 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (#‘𝑠) = (𝑃𝑁)}
53, 4elrab2 3333 . . . . . . . . . 10 (𝐵𝑆 ↔ (𝐵 ∈ 𝒫 𝑋 ∧ (#‘𝐵) = (𝑃𝑁)))
61, 5sylib 207 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐵 ∈ 𝒫 𝑋 ∧ (#‘𝐵) = (𝑃𝑁)))
76simprd 478 . . . . . . . 8 (𝜑 → (#‘𝐵) = (𝑃𝑁))
8 sylow1.p . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑃 ∈ ℙ)
9 prmnn 15226 . . . . . . . . . 10 (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℕ)
108, 9syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑃 ∈ ℕ)
11 sylow1.n . . . . . . . . 9 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
1210, 11nnexpcld 12892 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑃𝑁) ∈ ℕ)
137, 12eqeltrd 2688 . . . . . . 7 (𝜑 → (#‘𝐵) ∈ ℕ)
1413nnne0d 10942 . . . . . 6 (𝜑 → (#‘𝐵) ≠ 0)
15 hasheq0 13015 . . . . . . . 8 (𝐵𝑆 → ((#‘𝐵) = 0 ↔ 𝐵 = ∅))
1615necon3bid 2826 . . . . . . 7 (𝐵𝑆 → ((#‘𝐵) ≠ 0 ↔ 𝐵 ≠ ∅))
171, 16syl 17 . . . . . 6 (𝜑 → ((#‘𝐵) ≠ 0 ↔ 𝐵 ≠ ∅))
1814, 17mpbid 221 . . . . 5 (𝜑𝐵 ≠ ∅)
19 n0 3890 . . . . 5 (𝐵 ≠ ∅ ↔ ∃𝑎 𝑎𝐵)
2018, 19sylib 207 . . . 4 (𝜑 → ∃𝑎 𝑎𝐵)
211adantr 480 . . . . 5 ((𝜑𝑎𝐵) → 𝐵𝑆)
22 simplr 788 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → 𝑎𝐵)
23 oveq2 6557 . . . . . . . . . . . 12 (𝑧 = 𝑎 → (𝑏 + 𝑧) = (𝑏 + 𝑎))
24 eqid 2610 . . . . . . . . . . . 12 (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)) = (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧))
25 ovex 6577 . . . . . . . . . . . 12 (𝑏 + 𝑎) ∈ V
2623, 24, 25fvmpt 6191 . . . . . . . . . . 11 (𝑎𝐵 → ((𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧))‘𝑎) = (𝑏 + 𝑎))
2722, 26syl 17 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → ((𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧))‘𝑎) = (𝑏 + 𝑎))
28 ovex 6577 . . . . . . . . . . . 12 (𝑏 + 𝑧) ∈ V
2928, 24fnmpti 5935 . . . . . . . . . . 11 (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)) Fn 𝐵
30 fnfvelrn 6264 . . . . . . . . . . 11 (((𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)) Fn 𝐵𝑎𝐵) → ((𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧))‘𝑎) ∈ ran (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)))
3129, 22, 30sylancr 694 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → ((𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧))‘𝑎) ∈ ran (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)))
3227, 31eqeltrrd 2689 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → (𝑏 + 𝑎) ∈ ran (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)))
33 sylow1lem4.h . . . . . . . . . . . 12 𝐻 = {𝑢𝑋 ∣ (𝑢 𝐵) = 𝐵}
34 ssrab2 3650 . . . . . . . . . . . 12 {𝑢𝑋 ∣ (𝑢 𝐵) = 𝐵} ⊆ 𝑋
3533, 34eqsstri 3598 . . . . . . . . . . 11 𝐻𝑋
36 simpr 476 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → 𝑏𝐻)
3735, 36sseldi 3566 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → 𝑏𝑋)
381ad2antrr 758 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → 𝐵𝑆)
39 mptexg 6389 . . . . . . . . . . 11 (𝐵𝑆 → (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)) ∈ V)
40 rnexg 6990 . . . . . . . . . . 11 ((𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)) ∈ V → ran (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)) ∈ V)
4138, 39, 403syl 18 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → ran (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)) ∈ V)
42 simpr 476 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 = 𝑏𝑦 = 𝐵) → 𝑦 = 𝐵)
43 simpl 472 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 = 𝑏𝑦 = 𝐵) → 𝑥 = 𝑏)
4443oveq1d 6564 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 = 𝑏𝑦 = 𝐵) → (𝑥 + 𝑧) = (𝑏 + 𝑧))
4542, 44mpteq12dv 4663 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 = 𝑏𝑦 = 𝐵) → (𝑧𝑦 ↦ (𝑥 + 𝑧)) = (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)))
4645rneqd 5274 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 = 𝑏𝑦 = 𝐵) → ran (𝑧𝑦 ↦ (𝑥 + 𝑧)) = ran (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)))
47 sylow1lem.m . . . . . . . . . . 11 = (𝑥𝑋, 𝑦𝑆 ↦ ran (𝑧𝑦 ↦ (𝑥 + 𝑧)))
4846, 47ovmpt2ga 6688 . . . . . . . . . 10 ((𝑏𝑋𝐵𝑆 ∧ ran (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)) ∈ V) → (𝑏 𝐵) = ran (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)))
4937, 38, 41, 48syl3anc 1318 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → (𝑏 𝐵) = ran (𝑧𝐵 ↦ (𝑏 + 𝑧)))
5032, 49eleqtrrd 2691 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → (𝑏 + 𝑎) ∈ (𝑏 𝐵))
51 oveq1 6556 . . . . . . . . . . . 12 (𝑢 = 𝑏 → (𝑢 𝐵) = (𝑏 𝐵))
5251eqeq1d 2612 . . . . . . . . . . 11 (𝑢 = 𝑏 → ((𝑢 𝐵) = 𝐵 ↔ (𝑏 𝐵) = 𝐵))
5352, 33elrab2 3333 . . . . . . . . . 10 (𝑏𝐻 ↔ (𝑏𝑋 ∧ (𝑏 𝐵) = 𝐵))
5453simprbi 479 . . . . . . . . 9 (𝑏𝐻 → (𝑏 𝐵) = 𝐵)
5554adantl 481 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → (𝑏 𝐵) = 𝐵)
5650, 55eleqtrd 2690 . . . . . . 7 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ 𝑏𝐻) → (𝑏 + 𝑎) ∈ 𝐵)
5756ex 449 . . . . . 6 ((𝜑𝑎𝐵) → (𝑏𝐻 → (𝑏 + 𝑎) ∈ 𝐵))
58 sylow1.g . . . . . . . . 9 (𝜑𝐺 ∈ Grp)
5958ad2antrr 758 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ (𝑏𝐻𝑐𝐻)) → 𝐺 ∈ Grp)
60 simprl 790 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ (𝑏𝐻𝑐𝐻)) → 𝑏𝐻)
6135, 60sseldi 3566 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ (𝑏𝐻𝑐𝐻)) → 𝑏𝑋)
62 simprr 792 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ (𝑏𝐻𝑐𝐻)) → 𝑐𝐻)
6335, 62sseldi 3566 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ (𝑏𝐻𝑐𝐻)) → 𝑐𝑋)
646simpld 474 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐵 ∈ 𝒫 𝑋)
6564elpwid 4118 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐵𝑋)
6665sselda 3568 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑎𝐵) → 𝑎𝑋)
6766adantr 480 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ (𝑏𝐻𝑐𝐻)) → 𝑎𝑋)
68 sylow1.x . . . . . . . . 9 𝑋 = (Base‘𝐺)
69 sylow1lem.a . . . . . . . . 9 + = (+g𝐺)
7068, 69grprcan 17278 . . . . . . . 8 ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑏𝑋𝑐𝑋𝑎𝑋)) → ((𝑏 + 𝑎) = (𝑐 + 𝑎) ↔ 𝑏 = 𝑐))
7159, 61, 63, 67, 70syl13anc 1320 . . . . . . 7 (((𝜑𝑎𝐵) ∧ (𝑏𝐻𝑐𝐻)) → ((𝑏 + 𝑎) = (𝑐 + 𝑎) ↔ 𝑏 = 𝑐))
7271ex 449 . . . . . 6 ((𝜑𝑎𝐵) → ((𝑏𝐻𝑐𝐻) → ((𝑏 + 𝑎) = (𝑐 + 𝑎) ↔ 𝑏 = 𝑐)))
7357, 72dom2d 7882 . . . . 5 ((𝜑𝑎𝐵) → (𝐵𝑆𝐻𝐵))
7421, 73mpd 15 . . . 4 ((𝜑𝑎𝐵) → 𝐻𝐵)
7520, 74exlimddv 1850 . . 3 (𝜑𝐻𝐵)
76 sylow1.f . . . . 5 (𝜑𝑋 ∈ Fin)
77 ssfi 8065 . . . . 5 ((𝑋 ∈ Fin ∧ 𝐻𝑋) → 𝐻 ∈ Fin)
7876, 35, 77sylancl 693 . . . 4 (𝜑𝐻 ∈ Fin)
79 ssfi 8065 . . . . 5 ((𝑋 ∈ Fin ∧ 𝐵𝑋) → 𝐵 ∈ Fin)
8076, 65, 79syl2anc 691 . . . 4 (𝜑𝐵 ∈ Fin)
81 hashdom 13029 . . . 4 ((𝐻 ∈ Fin ∧ 𝐵 ∈ Fin) → ((#‘𝐻) ≤ (#‘𝐵) ↔ 𝐻𝐵))
8278, 80, 81syl2anc 691 . . 3 (𝜑 → ((#‘𝐻) ≤ (#‘𝐵) ↔ 𝐻𝐵))
8375, 82mpbird 246 . 2 (𝜑 → (#‘𝐻) ≤ (#‘𝐵))
8483, 7breqtrd 4609 1 (𝜑 → (#‘𝐻) ≤ (𝑃𝑁))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 195  wa 383   = wceq 1475  wex 1695  wcel 1977  wne 2780  wrex 2897  {crab 2900  Vcvv 3173  wss 3540  c0 3874  𝒫 cpw 4108  {cpr 4127   class class class wbr 4583  {copab 4642  cmpt 4643  ran crn 5039   Fn wfn 5799  cfv 5804  (class class class)co 6549  cmpt2 6551  cdom 7839  Fincfn 7841  0cc0 9815  cle 9954  cn 10897  0cn0 11169  cexp 12722  #chash 12979  cdvds 14821  cprime 15223  Basecbs 15695  +gcplusg 15768  Grpcgrp 17245
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1713  ax-4 1728  ax-5 1827  ax-6 1875  ax-7 1922  ax-8 1979  ax-9 1986  ax-10 2006  ax-11 2021  ax-12 2034  ax-13 2234  ax-ext 2590  ax-rep 4699  ax-sep 4709  ax-nul 4717  ax-pow 4769  ax-pr 4833  ax-un 6847  ax-cnex 9871  ax-resscn 9872  ax-1cn 9873  ax-icn 9874  ax-addcl 9875  ax-addrcl 9876  ax-mulcl 9877  ax-mulrcl 9878  ax-mulcom 9879  ax-addass 9880  ax-mulass 9881  ax-distr 9882  ax-i2m1 9883  ax-1ne0 9884  ax-1rid 9885  ax-rnegex 9886  ax-rrecex 9887  ax-cnre 9888  ax-pre-lttri 9889  ax-pre-lttrn 9890  ax-pre-ltadd 9891  ax-pre-mulgt0 9892
This theorem depends on definitions:  df-bi 196  df-or 384  df-an 385  df-3or 1032  df-3an 1033  df-tru 1478  df-ex 1696  df-nf 1701  df-sb 1868  df-eu 2462  df-mo 2463  df-clab 2597  df-cleq 2603  df-clel 2606  df-nfc 2740  df-ne 2782  df-nel 2783  df-ral 2901  df-rex 2902  df-reu 2903  df-rmo 2904  df-rab 2905  df-v 3175  df-sbc 3403  df-csb 3500  df-dif 3543  df-un 3545  df-in 3547  df-ss 3554  df-pss 3556  df-nul 3875  df-if 4037  df-pw 4110  df-sn 4126  df-pr 4128  df-tp 4130  df-op 4132  df-uni 4373  df-int 4411  df-iun 4457  df-br 4584  df-opab 4644  df-mpt 4645  df-tr 4681  df-eprel 4949  df-id 4953  df-po 4959  df-so 4960  df-fr 4997  df-we 4999  df-xp 5044  df-rel 5045  df-cnv 5046  df-co 5047  df-dm 5048  df-rn 5049  df-res 5050  df-ima 5051  df-pred 5597  df-ord 5643  df-on 5644  df-lim 5645  df-suc 5646  df-iota 5768  df-fun 5806  df-fn 5807  df-f 5808  df-f1 5809  df-fo 5810  df-f1o 5811  df-fv 5812  df-riota 6511  df-ov 6552  df-oprab 6553  df-mpt2 6554  df-om 6958  df-1st 7059  df-2nd 7060  df-wrecs 7294  df-recs 7355  df-rdg 7393  df-1o 7447  df-oadd 7451  df-er 7629  df-en 7842  df-dom 7843  df-sdom 7844  df-fin 7845  df-card 8648  df-pnf 9955  df-mnf 9956  df-xr 9957  df-ltxr 9958  df-le 9959  df-sub 10147  df-neg 10148  df-nn 10898  df-n0 11170  df-xnn0 11241  df-z 11255  df-uz 11564  df-fz 12198  df-seq 12664  df-exp 12723  df-hash 12980  df-prm 15224  df-0g 15925  df-mgm 17065  df-sgrp 17107  df-mnd 17118  df-grp 17248
This theorem is referenced by:  sylow1lem5  17840
  Copyright terms: Public domain W3C validator