Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  sylow2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem sylow2 17864
 Description: Sylow's second theorem. See also sylow2b 17861 for the "hard" part of the proof. Any two Sylow 𝑃-subgroups are conjugate to one another, and hence the same size, namely 𝑃↑(𝑃 pCnt ∣ 𝑋 ∣ ) (see fislw 17863). This is part of Metamath 100 proof #72. (Contributed by Mario Carneiro, 18-Jan-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
sylow2.x 𝑋 = (Base‘𝐺)
sylow2.f (𝜑𝑋 ∈ Fin)
sylow2.h (𝜑𝐻 ∈ (𝑃 pSyl 𝐺))
sylow2.k (𝜑𝐾 ∈ (𝑃 pSyl 𝐺))
sylow2.a + = (+g𝐺)
sylow2.d = (-g𝐺)
Assertion
Ref Expression
sylow2 (𝜑 → ∃𝑔𝑋 𝐻 = ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))
Distinct variable groups:   𝑥,   𝑥,𝑔, +   𝑔,𝐺,𝑥   𝑔,𝐻,𝑥   𝑔,𝐾,𝑥   𝜑,𝑔   𝑔,𝑋,𝑥
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥)   𝑃(𝑥,𝑔)   (𝑔)

Proof of Theorem sylow2
StepHypRef Expression
1 sylow2.f . . . . 5 (𝜑𝑋 ∈ Fin)
21adantr 480 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝑔𝑋𝐻 ⊆ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))) → 𝑋 ∈ Fin)
3 sylow2.k . . . . . . . 8 (𝜑𝐾 ∈ (𝑃 pSyl 𝐺))
4 slwsubg 17848 . . . . . . . 8 (𝐾 ∈ (𝑃 pSyl 𝐺) → 𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺))
53, 4syl 17 . . . . . . 7 (𝜑𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺))
65adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑔𝑋𝐻 ⊆ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))) → 𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺))
7 simprl 790 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑔𝑋𝐻 ⊆ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))) → 𝑔𝑋)
8 sylow2.x . . . . . . 7 𝑋 = (Base‘𝐺)
9 sylow2.a . . . . . . 7 + = (+g𝐺)
10 sylow2.d . . . . . . 7 = (-g𝐺)
11 eqid 2610 . . . . . . 7 (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)) = (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔))
128, 9, 10, 11conjsubg 17515 . . . . . 6 ((𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑔𝑋) → ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)) ∈ (SubGrp‘𝐺))
136, 7, 12syl2anc 691 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑔𝑋𝐻 ⊆ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))) → ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)) ∈ (SubGrp‘𝐺))
148subgss 17418 . . . . 5 (ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)) ∈ (SubGrp‘𝐺) → ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)) ⊆ 𝑋)
1513, 14syl 17 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝑔𝑋𝐻 ⊆ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))) → ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)) ⊆ 𝑋)
16 ssfi 8065 . . . 4 ((𝑋 ∈ Fin ∧ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)) ⊆ 𝑋) → ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)) ∈ Fin)
172, 15, 16syl2anc 691 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑔𝑋𝐻 ⊆ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))) → ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)) ∈ Fin)
18 simprr 792 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑔𝑋𝐻 ⊆ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))) → 𝐻 ⊆ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))
19 sylow2.h . . . . . . . 8 (𝜑𝐻 ∈ (𝑃 pSyl 𝐺))
208, 1, 19slwhash 17862 . . . . . . 7 (𝜑 → (#‘𝐻) = (𝑃↑(𝑃 pCnt (#‘𝑋))))
218, 1, 3slwhash 17862 . . . . . . 7 (𝜑 → (#‘𝐾) = (𝑃↑(𝑃 pCnt (#‘𝑋))))
2220, 21eqtr4d 2647 . . . . . 6 (𝜑 → (#‘𝐻) = (#‘𝐾))
23 slwsubg 17848 . . . . . . . . . 10 (𝐻 ∈ (𝑃 pSyl 𝐺) → 𝐻 ∈ (SubGrp‘𝐺))
2419, 23syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐻 ∈ (SubGrp‘𝐺))
258subgss 17418 . . . . . . . . 9 (𝐻 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝐻𝑋)
2624, 25syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑𝐻𝑋)
27 ssfi 8065 . . . . . . . 8 ((𝑋 ∈ Fin ∧ 𝐻𝑋) → 𝐻 ∈ Fin)
281, 26, 27syl2anc 691 . . . . . . 7 (𝜑𝐻 ∈ Fin)
298subgss 17418 . . . . . . . . 9 (𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝐾𝑋)
305, 29syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑𝐾𝑋)
31 ssfi 8065 . . . . . . . 8 ((𝑋 ∈ Fin ∧ 𝐾𝑋) → 𝐾 ∈ Fin)
321, 30, 31syl2anc 691 . . . . . . 7 (𝜑𝐾 ∈ Fin)
33 hashen 12997 . . . . . . 7 ((𝐻 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ Fin) → ((#‘𝐻) = (#‘𝐾) ↔ 𝐻𝐾))
3428, 32, 33syl2anc 691 . . . . . 6 (𝜑 → ((#‘𝐻) = (#‘𝐾) ↔ 𝐻𝐾))
3522, 34mpbid 221 . . . . 5 (𝜑𝐻𝐾)
3635adantr 480 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝑔𝑋𝐻 ⊆ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))) → 𝐻𝐾)
378, 9, 10, 11conjsubgen 17516 . . . . 5 ((𝐾 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑔𝑋) → 𝐾 ≈ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))
386, 7, 37syl2anc 691 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝑔𝑋𝐻 ⊆ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))) → 𝐾 ≈ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))
39 entr 7894 . . . 4 ((𝐻𝐾𝐾 ≈ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔))) → 𝐻 ≈ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))
4036, 38, 39syl2anc 691 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑔𝑋𝐻 ⊆ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))) → 𝐻 ≈ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))
41 fisseneq 8056 . . 3 ((ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)) ∈ Fin ∧ 𝐻 ⊆ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)) ∧ 𝐻 ≈ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔))) → 𝐻 = ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))
4217, 18, 40, 41syl3anc 1318 . 2 ((𝜑 ∧ (𝑔𝑋𝐻 ⊆ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))) → 𝐻 = ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))
43 eqid 2610 . . . . 5 (𝐺s 𝐻) = (𝐺s 𝐻)
4443slwpgp 17851 . . . 4 (𝐻 ∈ (𝑃 pSyl 𝐺) → 𝑃 pGrp (𝐺s 𝐻))
4519, 44syl 17 . . 3 (𝜑𝑃 pGrp (𝐺s 𝐻))
468, 1, 24, 5, 9, 45, 21, 10sylow2b 17861 . 2 (𝜑 → ∃𝑔𝑋 𝐻 ⊆ ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))
4742, 46reximddv 3001 1 (𝜑 → ∃𝑔𝑋 𝐻 = ran (𝑥𝐾 ↦ ((𝑔 + 𝑥) 𝑔)))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 195   ∧ wa 383   = wceq 1475   ∈ wcel 1977  ∃wrex 2897   ⊆ wss 3540   class class class wbr 4583   ↦ cmpt 4643  ran crn 5039  ‘cfv 5804  (class class class)co 6549   ≈ cen 7838  Fincfn 7841  ↑cexp 12722  #chash 12979   pCnt cpc 15379  Basecbs 15695   ↾s cress 15696  +gcplusg 15768  -gcsg 17247  SubGrpcsubg 17411   pGrp cpgp 17769   pSyl cslw 17770 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-inf2 8421  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  ax-pre-sup 9893 This theorem depends on definitions:  df-bi 196  df-or 384  df-an 385  df-3or 1032  df-3an 1033  df-tru 1478  df-fal 1481  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-disj 4554  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-se 4998  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-isom 5813  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-2o 7448  df-oadd 7451  df-omul 7452  df-er 7629  df-ec 7631  df-qs 7635  df-map 7746  df-en 7842  df-dom 7843  df-sdom 7844  df-fin 7845  df-sup 8231  df-inf 8232  df-oi 8298  df-card 8648  df-acn 8651  df-cda 8873  df-pnf 9955  df-mnf 9956  df-xr 9957  df-ltxr 9958  df-le 9959  df-sub 10147  df-neg 10148  df-div 10564  df-nn 10898  df-2 10956  df-3 10957  df-n0 11170  df-xnn0 11241  df-z 11255  df-uz 11564  df-q 11665  df-rp 11709  df-fz 12198  df-fzo 12335  df-fl 12455  df-mod 12531  df-seq 12664  df-exp 12723  df-fac 12923  df-bc 12952  df-hash 12980  df-cj 13687  df-re 13688  df-im 13689  df-sqrt 13823  df-abs 13824  df-clim 14067  df-sum 14265  df-dvds 14822  df-gcd 15055  df-prm 15224  df-pc 15380  df-ndx 15698  df-slot 15699  df-base 15700  df-sets 15701  df-ress 15702  df-plusg 15781  df-0g 15925  df-mgm 17065  df-sgrp 17107  df-mnd 17118  df-submnd 17159  df-grp 17248  df-minusg 17249  df-sbg 17250  df-mulg 17364  df-subg 17414  df-eqg 17416  df-ghm 17481  df-ga 17546  df-od 17771  df-pgp 17773  df-slw 17774 This theorem is referenced by:  sylow3lem3  17867  sylow3lem6  17870
 Copyright terms: Public domain W3C validator