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Theorem gastacl 15014
Description: The stabilizer subgroup in a group action. (Contributed by Mario Carneiro, 15-Jan-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
gasta.1  |-  X  =  ( Base `  G
)
gasta.2  |-  H  =  { u  e.  X  |  ( u  .(+)  A )  =  A }
Assertion
Ref Expression
gastacl  |-  ( ( 
.(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  ->  H  e.  (SubGrp `  G )
)
Distinct variable groups:    u,  .(+)    u, A   
u, G    u, X
Allowed substitution hints:    H( u)    Y( u)

Proof of Theorem gastacl
Dummy variables  x  y are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 gasta.2 . . . 4  |-  H  =  { u  e.  X  |  ( u  .(+)  A )  =  A }
2 ssrab2 3372 . . . 4  |-  { u  e.  X  |  (
u  .(+)  A )  =  A }  C_  X
31, 2eqsstri 3322 . . 3  |-  H  C_  X
43a1i 11 . 2  |-  ( ( 
.(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  ->  H  C_  X )
5 gagrp 14997 . . . . . 6  |-  (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  ->  G  e.  Grp )
65adantr 452 . . . . 5  |-  ( ( 
.(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  ->  G  e.  Grp )
7 gasta.1 . . . . . 6  |-  X  =  ( Base `  G
)
8 eqid 2388 . . . . . 6  |-  ( 0g
`  G )  =  ( 0g `  G
)
97, 8grpidcl 14761 . . . . 5  |-  ( G  e.  Grp  ->  ( 0g `  G )  e.  X )
106, 9syl 16 . . . 4  |-  ( ( 
.(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  ->  ( 0g `  G )  e.  X )
118gagrpid 14999 . . . 4  |-  ( ( 
.(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  ->  (
( 0g `  G
)  .(+)  A )  =  A )
12 oveq1 6028 . . . . . 6  |-  ( u  =  ( 0g `  G )  ->  (
u  .(+)  A )  =  ( ( 0g `  G )  .(+)  A ) )
1312eqeq1d 2396 . . . . 5  |-  ( u  =  ( 0g `  G )  ->  (
( u  .(+)  A )  =  A  <->  ( ( 0g `  G )  .(+)  A )  =  A ) )
1413, 1elrab2 3038 . . . 4  |-  ( ( 0g `  G )  e.  H  <->  ( ( 0g `  G )  e.  X  /\  ( ( 0g `  G ) 
.(+)  A )  =  A ) )
1510, 11, 14sylanbrc 646 . . 3  |-  ( ( 
.(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  ->  ( 0g `  G )  e.  H )
16 ne0i 3578 . . 3  |-  ( ( 0g `  G )  e.  H  ->  H  =/=  (/) )
1715, 16syl 16 . 2  |-  ( ( 
.(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  ->  H  =/=  (/) )
18 simpll 731 . . . . . . . . 9  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  ( x  e.  H  /\  y  e.  H
) )  ->  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y ) )
1918, 5syl 16 . . . . . . . 8  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  ( x  e.  H  /\  y  e.  H
) )  ->  G  e.  Grp )
20 simpr 448 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  x  e.  H
)  ->  x  e.  H )
21 oveq1 6028 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( u  =  x  ->  (
u  .(+)  A )  =  ( x  .(+)  A ) )
2221eqeq1d 2396 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( u  =  x  ->  (
( u  .(+)  A )  =  A  <->  ( x  .(+) 
A )  =  A ) )
2322, 1elrab2 3038 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  e.  H  <->  ( x  e.  X  /\  (
x  .(+)  A )  =  A ) )
2420, 23sylib 189 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  x  e.  H
)  ->  ( x  e.  X  /\  (
x  .(+)  A )  =  A ) )
2524simpld 446 . . . . . . . . 9  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  x  e.  H
)  ->  x  e.  X )
2625adantrr 698 . . . . . . . 8  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  ( x  e.  H  /\  y  e.  H
) )  ->  x  e.  X )
27 simprr 734 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  ( x  e.  H  /\  y  e.  H
) )  ->  y  e.  H )
28 oveq1 6028 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( u  =  y  ->  (
u  .(+)  A )  =  ( y  .(+)  A ) )
2928eqeq1d 2396 . . . . . . . . . . 11  |-  ( u  =  y  ->  (
( u  .(+)  A )  =  A  <->  ( y  .(+)  A )  =  A ) )
3029, 1elrab2 3038 . . . . . . . . . 10  |-  ( y  e.  H  <->  ( y  e.  X  /\  (
y  .(+)  A )  =  A ) )
3127, 30sylib 189 . . . . . . . . 9  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  ( x  e.  H  /\  y  e.  H
) )  ->  (
y  e.  X  /\  ( y  .(+)  A )  =  A ) )
3231simpld 446 . . . . . . . 8  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  ( x  e.  H  /\  y  e.  H
) )  ->  y  e.  X )
33 eqid 2388 . . . . . . . . 9  |-  ( +g  `  G )  =  ( +g  `  G )
347, 33grpcl 14746 . . . . . . . 8  |-  ( ( G  e.  Grp  /\  x  e.  X  /\  y  e.  X )  ->  ( x ( +g  `  G ) y )  e.  X )
3519, 26, 32, 34syl3anc 1184 . . . . . . 7  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  ( x  e.  H  /\  y  e.  H
) )  ->  (
x ( +g  `  G
) y )  e.  X )
36 simplr 732 . . . . . . . . 9  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  ( x  e.  H  /\  y  e.  H
) )  ->  A  e.  Y )
377, 33gaass 15002 . . . . . . . . 9  |-  ( ( 
.(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  (
x  e.  X  /\  y  e.  X  /\  A  e.  Y )
)  ->  ( (
x ( +g  `  G
) y )  .(+)  A )  =  ( x 
.(+)  ( y  .(+)  A ) ) )
3818, 26, 32, 36, 37syl13anc 1186 . . . . . . . 8  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  ( x  e.  H  /\  y  e.  H
) )  ->  (
( x ( +g  `  G ) y ) 
.(+)  A )  =  ( x  .(+)  ( y  .(+)  A ) ) )
3931simprd 450 . . . . . . . . 9  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  ( x  e.  H  /\  y  e.  H
) )  ->  (
y  .(+)  A )  =  A )
4039oveq2d 6037 . . . . . . . 8  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  ( x  e.  H  /\  y  e.  H
) )  ->  (
x  .(+)  ( y  .(+)  A ) )  =  ( x  .(+)  A )
)
4124simprd 450 . . . . . . . . 9  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  x  e.  H
)  ->  ( x  .(+) 
A )  =  A )
4241adantrr 698 . . . . . . . 8  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  ( x  e.  H  /\  y  e.  H
) )  ->  (
x  .(+)  A )  =  A )
4338, 40, 423eqtrd 2424 . . . . . . 7  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  ( x  e.  H  /\  y  e.  H
) )  ->  (
( x ( +g  `  G ) y ) 
.(+)  A )  =  A )
44 oveq1 6028 . . . . . . . . 9  |-  ( u  =  ( x ( +g  `  G ) y )  ->  (
u  .(+)  A )  =  ( ( x ( +g  `  G ) y )  .(+)  A ) )
4544eqeq1d 2396 . . . . . . . 8  |-  ( u  =  ( x ( +g  `  G ) y )  ->  (
( u  .(+)  A )  =  A  <->  ( (
x ( +g  `  G
) y )  .(+)  A )  =  A ) )
4645, 1elrab2 3038 . . . . . . 7  |-  ( ( x ( +g  `  G
) y )  e.  H  <->  ( ( x ( +g  `  G
) y )  e.  X  /\  ( ( x ( +g  `  G
) y )  .(+)  A )  =  A ) )
4735, 43, 46sylanbrc 646 . . . . . 6  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  ( x  e.  H  /\  y  e.  H
) )  ->  (
x ( +g  `  G
) y )  e.  H )
4847anassrs 630 . . . . 5  |-  ( ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  x  e.  H
)  /\  y  e.  H )  ->  (
x ( +g  `  G
) y )  e.  H )
4948ralrimiva 2733 . . . 4  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  x  e.  H
)  ->  A. y  e.  H  ( x
( +g  `  G ) y )  e.  H
)
50 simpll 731 . . . . . . 7  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  x  e.  H
)  ->  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y ) )
5150, 5syl 16 . . . . . 6  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  x  e.  H
)  ->  G  e.  Grp )
52 eqid 2388 . . . . . . 7  |-  ( inv g `  G )  =  ( inv g `  G )
537, 52grpinvcl 14778 . . . . . 6  |-  ( ( G  e.  Grp  /\  x  e.  X )  ->  ( ( inv g `  G ) `  x
)  e.  X )
5451, 25, 53syl2anc 643 . . . . 5  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  x  e.  H
)  ->  ( ( inv g `  G ) `
 x )  e.  X )
55 simplr 732 . . . . . . 7  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  x  e.  H
)  ->  A  e.  Y )
567, 52gacan 15010 . . . . . . 7  |-  ( ( 
.(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  (
x  e.  X  /\  A  e.  Y  /\  A  e.  Y )
)  ->  ( (
x  .(+)  A )  =  A  <->  ( ( ( inv g `  G
) `  x )  .(+)  A )  =  A ) )
5750, 25, 55, 55, 56syl13anc 1186 . . . . . 6  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  x  e.  H
)  ->  ( (
x  .(+)  A )  =  A  <->  ( ( ( inv g `  G
) `  x )  .(+)  A )  =  A ) )
5841, 57mpbid 202 . . . . 5  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  x  e.  H
)  ->  ( (
( inv g `  G ) `  x
)  .(+)  A )  =  A )
59 oveq1 6028 . . . . . . 7  |-  ( u  =  ( ( inv g `  G ) `
 x )  -> 
( u  .(+)  A )  =  ( ( ( inv g `  G
) `  x )  .(+)  A ) )
6059eqeq1d 2396 . . . . . 6  |-  ( u  =  ( ( inv g `  G ) `
 x )  -> 
( ( u  .(+)  A )  =  A  <->  ( (
( inv g `  G ) `  x
)  .(+)  A )  =  A ) )
6160, 1elrab2 3038 . . . . 5  |-  ( ( ( inv g `  G ) `  x
)  e.  H  <->  ( (
( inv g `  G ) `  x
)  e.  X  /\  ( ( ( inv g `  G ) `
 x )  .(+)  A )  =  A ) )
6254, 58, 61sylanbrc 646 . . . 4  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  x  e.  H
)  ->  ( ( inv g `  G ) `
 x )  e.  H )
6349, 62jca 519 . . 3  |-  ( ( (  .(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  /\  x  e.  H
)  ->  ( A. y  e.  H  (
x ( +g  `  G
) y )  e.  H  /\  ( ( inv g `  G
) `  x )  e.  H ) )
6463ralrimiva 2733 . 2  |-  ( ( 
.(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  ->  A. x  e.  H  ( A. y  e.  H  (
x ( +g  `  G
) y )  e.  H  /\  ( ( inv g `  G
) `  x )  e.  H ) )
657, 33, 52issubg2 14887 . . 3  |-  ( G  e.  Grp  ->  ( H  e.  (SubGrp `  G
)  <->  ( H  C_  X  /\  H  =/=  (/)  /\  A. x  e.  H  ( A. y  e.  H  ( x ( +g  `  G ) y )  e.  H  /\  (
( inv g `  G ) `  x
)  e.  H ) ) ) )
666, 65syl 16 . 2  |-  ( ( 
.(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  ->  ( H  e.  (SubGrp `  G
)  <->  ( H  C_  X  /\  H  =/=  (/)  /\  A. x  e.  H  ( A. y  e.  H  ( x ( +g  `  G ) y )  e.  H  /\  (
( inv g `  G ) `  x
)  e.  H ) ) ) )
674, 17, 64, 66mpbir3and 1137 1  |-  ( ( 
.(+)  e.  ( G  GrpAct  Y )  /\  A  e.  Y )  ->  H  e.  (SubGrp `  G )
)
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 177    /\ wa 359    /\ w3a 936    = wceq 1649    e. wcel 1717    =/= wne 2551   A.wral 2650   {crab 2654    C_ wss 3264   (/)c0 3572   ` cfv 5395  (class class class)co 6021   Basecbs 13397   +g cplusg 13457   0gc0g 13651   Grpcgrp 14613   inv gcminusg 14614  SubGrpcsubg 14866    GrpAct cga 14994
This theorem is referenced by:  gastacos  15015  orbstafun  15016  orbstaval  15017  orbsta  15018  orbsta2  15019  sylow1lem5  15164
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1552  ax-5 1563  ax-17 1623  ax-9 1661  ax-8 1682  ax-13 1719  ax-14 1721  ax-6 1736  ax-7 1741  ax-11 1753  ax-12 1939  ax-ext 2369  ax-rep 4262  ax-sep 4272  ax-nul 4280  ax-pow 4319  ax-pr 4345  ax-un 4642  ax-cnex 8980  ax-resscn 8981  ax-1cn 8982  ax-icn 8983  ax-addcl 8984  ax-addrcl 8985  ax-mulcl 8986  ax-mulrcl 8987  ax-mulcom 8988  ax-addass 8989  ax-mulass 8990  ax-distr 8991  ax-i2m1 8992  ax-1ne0 8993  ax-1rid 8994  ax-rnegex 8995  ax-rrecex 8996  ax-cnre 8997  ax-pre-lttri 8998  ax-pre-lttrn 8999  ax-pre-ltadd 9000  ax-pre-mulgt0 9001
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1325  df-ex 1548  df-nf 1551  df-sb 1656  df-eu 2243  df-mo 2244  df-clab 2375  df-cleq 2381  df-clel 2384  df-nfc 2513  df-ne 2553  df-nel 2554  df-ral 2655  df-rex 2656  df-reu 2657  df-rmo 2658  df-rab 2659  df-v 2902  df-sbc 3106  df-csb 3196  df-dif 3267  df-un 3269  df-in 3271  df-ss 3278  df-pss 3280  df-nul 3573  df-if 3684  df-pw 3745  df-sn 3764  df-pr 3765  df-tp 3766  df-op 3767  df-uni 3959  df-iun 4038  df-br 4155  df-opab 4209  df-mpt 4210  df-tr 4245  df-eprel 4436  df-id 4440  df-po 4445  df-so 4446  df-fr 4483  df-we 4485  df-ord 4526  df-on 4527  df-lim 4528  df-suc 4529  df-om 4787  df-xp 4825  df-rel 4826  df-cnv 4827  df-co 4828  df-dm 4829  df-rn 4830  df-res 4831  df-ima 4832  df-iota 5359  df-fun 5397  df-fn 5398  df-f 5399  df-f1 5400  df-fo 5401  df-f1o 5402  df-fv 5403  df-ov 6024  df-oprab 6025  df-mpt2 6026  df-riota 6486  df-recs 6570  df-rdg 6605  df-er 6842  df-map 6957  df-en 7047  df-dom 7048  df-sdom 7049  df-pnf 9056  df-mnf 9057  df-xr 9058  df-ltxr 9059  df-le 9060  df-sub 9226  df-neg 9227  df-nn 9934  df-2 9991  df-ndx 13400  df-slot 13401  df-base 13402  df-sets 13403  df-ress 13404  df-plusg 13470  df-0g 13655  df-mnd 14618  df-grp 14740  df-minusg 14741  df-subg 14869  df-ga 14995
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