Theorem: Sylow.normalizer_sup_eq_top
File: Mathlib/GroupTheory/Sylow.lean

Proof steps:
state_before: p✝ : ℕ
G : Type u_1
inst✝³ : Group G
p : ℕ
inst✝² : Fact (Nat.Prime p)
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
inst✝ : Finite (Sylow p ↥N)
P : Sylow p ↥N
⊢ (map N.subtype ↑P).normalizer ⊔ N = ⊤
state_after: p✝ : ℕ
G : Type u_1
inst✝³ : Group G
p : ℕ
inst✝² : Fact (Nat.Prime p)
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
inst✝ : Finite (Sylow p ↥N)
P : Sylow p ↥N
g : G
x✝ : g ∈ ⊤
⊢ g ∈ (map N.subtype ↑P).normalizer ⊔ N
tactic: refine top_le_iff.mp fun g _ => ?_
state_before: p✝ : ℕ
G : Type u_1
inst✝³ : Group G
p : ℕ
inst✝² : Fact (Nat.Prime p)
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
inst✝ : Finite (Sylow p ↥N)
P : Sylow p ↥N
g : G
x✝ : g ∈ ⊤
⊢ g ∈ (map N.subtype ↑P).normalizer ⊔ N
state_after: case intro
p✝ : ℕ
G : Type u_1
inst✝³ : Group G
p : ℕ
inst✝² : Fact (Nat.Prime p)
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
inst✝ : Finite (Sylow p ↥N)
P : Sylow p ↥N
g : G
x✝ : g ∈ ⊤
n : ↥N
hn : n • MulAut.conjNormal g • P = P
⊢ g ∈ (map N.subtype ↑P).normalizer ⊔ N
tactic: obtain ⟨n, hn⟩ := exists_smul_eq N ((MulAut.conjNormal g : MulAut N) • P) P
state_before: case intro
p✝ : ℕ
G : Type u_1
inst✝³ : Group G
p : ℕ
inst✝² : Fact (Nat.Prime p)
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
inst✝ : Finite (Sylow p ↥N)
P : Sylow p ↥N
g : G
x✝ : g ∈ ⊤
n : ↥N
hn : n • MulAut.conjNormal g • P = P
⊢ g ∈ (map N.subtype ↑P).normalizer ⊔ N
state_after: case intro
p✝ : ℕ
G : Type u_1
inst✝³ : Group G
p : ℕ
inst✝² : Fact (Nat.Prime p)
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
inst✝ : Finite (Sylow p ↥N)
P : Sylow p ↥N
g : G
x✝ : g ∈ ⊤
n : ↥N
hn : n • MulAut.conjNormal g • P = P
⊢ (↑n)⁻¹ * (↑n * g) ∈ N ⊔ (map N.subtype ↑P).normalizer
tactic: rw [← inv_mul_cancel_left (↑n) g, sup_comm]
state_before: case intro
p✝ : ℕ
G : Type u_1
inst✝³ : Group G
p : ℕ
inst✝² : Fact (Nat.Prime p)
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
inst✝ : Finite (Sylow p ↥N)
P : Sylow p ↥N
g : G
x✝ : g ∈ ⊤
n : ↥N
hn : n • MulAut.conjNormal g • P = P
⊢ (↑n)⁻¹ * (↑n * g) ∈ N ⊔ (map N.subtype ↑P).normalizer
state_after: case intro
p✝ : ℕ
G : Type u_1
inst✝³ : Group G
p : ℕ
inst✝² : Fact (Nat.Prime p)
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
inst✝ : Finite (Sylow p ↥N)
P : Sylow p ↥N
g : G
x✝ : g ∈ ⊤
n : ↥N
hn : n • MulAut.conjNormal g • P = P
⊢ ↑n * g ∈ (map N.subtype ↑P).normalizer
tactic: apply mul_mem_sup (N.inv_mem n.2)
state_before: case intro
p✝ : ℕ
G : Type u_1
inst✝³ : Group G
p : ℕ
inst✝² : Fact (Nat.Prime p)
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
inst✝ : Finite (Sylow p ↥N)
P : Sylow p ↥N
g : G
x✝ : g ∈ ⊤
n : ↥N
hn : n • MulAut.conjNormal g • P = P
⊢ ↑n * g ∈ (map N.subtype ↑P).normalizer
state_after: case intro
p✝ : ℕ
G : Type u_1
inst✝³ : Group G
p : ℕ
inst✝² : Fact (Nat.Prime p)
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
inst✝ : Finite (Sylow p ↥N)
P : Sylow p ↥N
g : G
x✝ : g ∈ ⊤
n : ↥N
hn : map ((MulDistribMulAction.toMonoidEnd (MulAut ↥N) ↥N) (MulAut.conjNormal (↑n * g))) ↑P = ↑P
⊢ ↑n * g ∈ (map N.subtype ↑P).normalizer
tactic: rw [Sylow.smul_def, ← mul_smul, ← MulAut.conjNormal_val, ← MulAut.conjNormal.map_mul,
    Sylow.ext_iff, Sylow.pointwise_smul_def, Subgroup.pointwise_smul_def] at hn
state_before: case intro
p✝ : ℕ
G : Type u_1
inst✝³ : Group G
p : ℕ
inst✝² : Fact (Nat.Prime p)
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
inst✝ : Finite (Sylow p ↥N)
P : Sylow p ↥N
g : G
x✝ : g ∈ ⊤
n : ↥N
hn : map ((MulDistribMulAction.toMonoidEnd (MulAut ↥N) ↥N) (MulAut.conjNormal (↑n * g))) ↑P = ↑P
⊢ ↑n * g ∈ (map N.subtype ↑P).normalizer
state_after: case intro
p✝ : ℕ
G : Type u_1
inst✝³ : Group G
p : ℕ
inst✝² : Fact (Nat.Prime p)
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
inst✝ : Finite (Sylow p ↥N)
P : Sylow p ↥N
g : G
x✝ : g ∈ ⊤
n : ↥N
hn : map ((MulDistribMulAction.toMonoidEnd (MulAut ↥N) ↥N) (MulAut.conjNormal (↑n * g))) ↑P = ↑P
this : Function.Injective ⇑(MulEquiv.toMonoidHom (MulAut.conj (↑n * g)))
⊢ ↑n * g ∈ (map N.subtype ↑P).normalizer
tactic: have : Function.Injective (MulAut.conj (n * g)).toMonoidHom := (MulAut.conj (n * g)).injective
state_before: case intro
p✝ : ℕ
G : Type u_1
inst✝³ : Group G
p : ℕ
inst✝² : Fact (Nat.Prime p)
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
inst✝ : Finite (Sylow p ↥N)
P : Sylow p ↥N
g : G
x✝ : g ∈ ⊤
n : ↥N
hn : map ((MulDistribMulAction.toMonoidEnd (MulAut ↥N) ↥N) (MulAut.conjNormal (↑n * g))) ↑P = ↑P
this : Function.Injective ⇑(MulEquiv.toMonoidHom (MulAut.conj (↑n * g)))
⊢ ↑n * g ∈ (map N.subtype ↑P).normalizer
state_after: case intro
p✝ : ℕ
G : Type u_1
inst✝³ : Group G
p : ℕ
inst✝² : Fact (Nat.Prime p)
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
inst✝ : Finite (Sylow p ↥N)
P : Sylow p ↥N
g : G
x✝ : g ∈ ⊤
n : ↥N
hn : map ((MulDistribMulAction.toMonoidEnd (MulAut ↥N) ↥N) (MulAut.conjNormal (↑n * g))) ↑P = ↑P
this : Function.Injective ⇑(MulEquiv.toMonoidHom (MulAut.conj (↑n * g)))
x : G
⊢ (MulEquiv.toMonoidHom (MulAut.conj (↑n * g))) x ∈
      map (MulEquiv.toMonoidHom (MulAut.conj (↑n * g))) (map N.subtype ↑P) ↔
    ↑n * g * x * (↑n * g)⁻¹ ∈ map N.subtype ↑P
tactic: refine fun x ↦ (mem_map_iff_mem this).symm.trans ?_
state_before: case intro
p✝ : ℕ
G : Type u_1
inst✝³ : Group G
p : ℕ
inst✝² : Fact (Nat.Prime p)
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
inst✝ : Finite (Sylow p ↥N)
P : Sylow p ↥N
g : G
x✝ : g ∈ ⊤
n : ↥N
hn : map ((MulDistribMulAction.toMonoidEnd (MulAut ↥N) ↥N) (MulAut.conjNormal (↑n * g))) ↑P = ↑P
this : Function.Injective ⇑(MulEquiv.toMonoidHom (MulAut.conj (↑n * g)))
x : G
⊢ (MulEquiv.toMonoidHom (MulAut.conj (↑n * g))) x ∈
      map (MulEquiv.toMonoidHom (MulAut.conj (↑n * g))) (map N.subtype ↑P) ↔
    ↑n * g * x * (↑n * g)⁻¹ ∈ map N.subtype ↑P
state_after: case intro
p✝ : ℕ
G : Type u_1
inst✝³ : Group G
p : ℕ
inst✝² : Fact (Nat.Prime p)
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
inst✝ : Finite (Sylow p ↥N)
P : Sylow p ↥N
g : G
x✝ : g ∈ ⊤
n : ↥N
hn : map ((MulDistribMulAction.toMonoidEnd (MulAut ↥N) ↥N) (MulAut.conjNormal (↑n * g))) ↑P = ↑P
this : Function.Injective ⇑(MulEquiv.toMonoidHom (MulAut.conj (↑n * g)))
x : G
⊢ (MulEquiv.toMonoidHom (MulAut.conj (↑n * g))) x ∈
      map ((MulEquiv.toMonoidHom (MulAut.conj (↑n * g))).comp N.subtype) ↑P ↔
    ↑n * g * x * (↑n * g)⁻¹ ∈
      map (N.subtype.comp ((MulDistribMulAction.toMonoidEnd (MulAut ↥N) ↥N) (MulAut.conjNormal (↑n * g)))) ↑P
tactic: rw [map_map, ← congr_arg (map N.subtype) hn, map_map]
state_before: case intro
p✝ : ℕ
G : Type u_1
inst✝³ : Group G
p : ℕ
inst✝² : Fact (Nat.Prime p)
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
inst✝ : Finite (Sylow p ↥N)
P : Sylow p ↥N
g : G
x✝ : g ∈ ⊤
n : ↥N
hn : map ((MulDistribMulAction.toMonoidEnd (MulAut ↥N) ↥N) (MulAut.conjNormal (↑n * g))) ↑P = ↑P
this : Function.Injective ⇑(MulEquiv.toMonoidHom (MulAut.conj (↑n * g)))
x : G
⊢ (MulEquiv.toMonoidHom (MulAut.conj (↑n * g))) x ∈
      map ((MulEquiv.toMonoidHom (MulAut.conj (↑n * g))).comp N.subtype) ↑P ↔
    ↑n * g * x * (↑n * g)⁻¹ ∈
      map (N.subtype.comp ((MulDistribMulAction.toMonoidEnd (MulAut ↥N) ↥N) (MulAut.conjNormal (↑n * g)))) ↑P
state_after: no goals
tactic: rfl