Theorem nmzsubg 17635

Description: The normalizer N_G(S) of a subset 𝑆 of the group is a subgroup. (Contributed by Mario Carneiro, 18-Jan-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
elnmz.1	⊢ 𝑁 = {𝑥 ∈ 𝑋 ∣ ∀𝑦 ∈ 𝑋 ((𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆 ↔ (𝑦 + 𝑥) ∈ 𝑆)}
nmzsubg.2	⊢ 𝑋 = (Base‘𝐺)
nmzsubg.3	⊢ + = (+g‘𝐺)

Assertion

Ref	Expression
nmzsubg	⊢ (𝐺 ∈ Grp → 𝑁 ∈ (SubGrp‘𝐺))

Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝐺   𝑥,𝑆,𝑦   𝑥, + ,𝑦   𝑥,𝑋,𝑦

Allowed substitution hints:   𝑁(𝑥,𝑦)

Proof of Theorem nmzsubg

Dummy variables 𝑧 𝑤 𝑢 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		elnmz.1	. . . 4 ⊢ 𝑁 = {𝑥 ∈ 𝑋 ∣ ∀𝑦 ∈ 𝑋 ((𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆 ↔ (𝑦 + 𝑥) ∈ 𝑆)}
2		ssrab2 3687	. . . 4 ⊢ {𝑥 ∈ 𝑋 ∣ ∀𝑦 ∈ 𝑋 ((𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆 ↔ (𝑦 + 𝑥) ∈ 𝑆)} ⊆ 𝑋
3	1, 2	eqsstri 3635	. . 3 ⊢ 𝑁 ⊆ 𝑋
4	3	a1i 11	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → 𝑁 ⊆ 𝑋)
5		nmzsubg.2	. . . . 5 ⊢ 𝑋 = (Base‘𝐺)
6		eqid 2622	. . . . 5 ⊢ (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
7	5, 6	grpidcl 17450	. . . 4 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (0g‘𝐺) ∈ 𝑋)
8		nmzsubg.3	. . . . . . . 8 ⊢ + = (+g‘𝐺)
9	5, 8, 6	grplid 17452	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑋) → ((0g‘𝐺) + 𝑧) = 𝑧)
10	5, 8, 6	grprid 17453	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑋) → (𝑧 + (0g‘𝐺)) = 𝑧)
11	9, 10	eqtr4d 2659	. . . . . 6 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑋) → ((0g‘𝐺) + 𝑧) = (𝑧 + (0g‘𝐺)))
12	11	eleq1d 2686	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑋) → (((0g‘𝐺) + 𝑧) ∈ 𝑆 ↔ (𝑧 + (0g‘𝐺)) ∈ 𝑆))
13	12	ralrimiva 2966	. . . 4 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → ∀𝑧 ∈ 𝑋 (((0g‘𝐺) + 𝑧) ∈ 𝑆 ↔ (𝑧 + (0g‘𝐺)) ∈ 𝑆))
14	1	elnmz 17633	. . . 4 ⊢ ((0g‘𝐺) ∈ 𝑁 ↔ ((0g‘𝐺) ∈ 𝑋 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑋 (((0g‘𝐺) + 𝑧) ∈ 𝑆 ↔ (𝑧 + (0g‘𝐺)) ∈ 𝑆)))
15	7, 13, 14	sylanbrc 698	. . 3 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (0g‘𝐺) ∈ 𝑁)
16		ne0i 3921	. . 3 ⊢ ((0g‘𝐺) ∈ 𝑁 → 𝑁 ≠ ∅)
17	15, 16	syl 17	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → 𝑁 ≠ ∅)
18		id 22	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → 𝐺 ∈ Grp)
19	3	sseli 3599	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑧 ∈ 𝑁 → 𝑧 ∈ 𝑋)
20	3	sseli 3599	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑤 ∈ 𝑁 → 𝑤 ∈ 𝑋)
21	5, 8	grpcl 17430	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑋 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋) → (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑋)
22	18, 19, 20, 21	syl3an 1368	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) → (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑋)
23		simpl1 1064	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → 𝐺 ∈ Grp)
24		simpl2 1065	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → 𝑧 ∈ 𝑁)
25	3, 24	sseldi 3601	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → 𝑧 ∈ 𝑋)
26		simpl3 1066	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → 𝑤 ∈ 𝑁)
27	3, 26	sseldi 3601	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → 𝑤 ∈ 𝑋)
28		simpr 477	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → 𝑢 ∈ 𝑋)
29	5, 8	grpass 17431	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑧 ∈ 𝑋 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋 ∧ 𝑢 ∈ 𝑋)) → ((𝑧 + 𝑤) + 𝑢) = (𝑧 + (𝑤 + 𝑢)))
30	23, 25, 27, 28, 29	syl13anc 1328	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑧 + 𝑤) + 𝑢) = (𝑧 + (𝑤 + 𝑢)))
31	30	eleq1d 2686	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (((𝑧 + 𝑤) + 𝑢) ∈ 𝑆 ↔ (𝑧 + (𝑤 + 𝑢)) ∈ 𝑆))
32	5, 8	grpcl 17430	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑤 ∈ 𝑋 ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (𝑤 + 𝑢) ∈ 𝑋)
33	23, 27, 28, 32	syl3anc 1326	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (𝑤 + 𝑢) ∈ 𝑋)
34	1	nmzbi 17634	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑧 ∈ 𝑁 ∧ (𝑤 + 𝑢) ∈ 𝑋) → ((𝑧 + (𝑤 + 𝑢)) ∈ 𝑆 ↔ ((𝑤 + 𝑢) + 𝑧) ∈ 𝑆))
35	24, 33, 34	syl2anc 693	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑧 + (𝑤 + 𝑢)) ∈ 𝑆 ↔ ((𝑤 + 𝑢) + 𝑧) ∈ 𝑆))
36	5, 8	grpass 17431	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑤 ∈ 𝑋 ∧ 𝑢 ∈ 𝑋 ∧ 𝑧 ∈ 𝑋)) → ((𝑤 + 𝑢) + 𝑧) = (𝑤 + (𝑢 + 𝑧)))
37	23, 27, 28, 25, 36	syl13anc 1328	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑤 + 𝑢) + 𝑧) = (𝑤 + (𝑢 + 𝑧)))
38	37	eleq1d 2686	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (((𝑤 + 𝑢) + 𝑧) ∈ 𝑆 ↔ (𝑤 + (𝑢 + 𝑧)) ∈ 𝑆))
39	5, 8	grpcl 17430	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑢 ∈ 𝑋 ∧ 𝑧 ∈ 𝑋) → (𝑢 + 𝑧) ∈ 𝑋)
40	23, 28, 25, 39	syl3anc 1326	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (𝑢 + 𝑧) ∈ 𝑋)
41	1	nmzbi 17634	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑤 ∈ 𝑁 ∧ (𝑢 + 𝑧) ∈ 𝑋) → ((𝑤 + (𝑢 + 𝑧)) ∈ 𝑆 ↔ ((𝑢 + 𝑧) + 𝑤) ∈ 𝑆))
42	26, 40, 41	syl2anc 693	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑤 + (𝑢 + 𝑧)) ∈ 𝑆 ↔ ((𝑢 + 𝑧) + 𝑤) ∈ 𝑆))
43	35, 38, 42	3bitrd 294	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑧 + (𝑤 + 𝑢)) ∈ 𝑆 ↔ ((𝑢 + 𝑧) + 𝑤) ∈ 𝑆))
44	5, 8	grpass 17431	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑢 ∈ 𝑋 ∧ 𝑧 ∈ 𝑋 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) → ((𝑢 + 𝑧) + 𝑤) = (𝑢 + (𝑧 + 𝑤)))
45	23, 28, 25, 27, 44	syl13anc 1328	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑢 + 𝑧) + 𝑤) = (𝑢 + (𝑧 + 𝑤)))
46	45	eleq1d 2686	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (((𝑢 + 𝑧) + 𝑤) ∈ 𝑆 ↔ (𝑢 + (𝑧 + 𝑤)) ∈ 𝑆))
47	31, 43, 46	3bitrd 294	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (((𝑧 + 𝑤) + 𝑢) ∈ 𝑆 ↔ (𝑢 + (𝑧 + 𝑤)) ∈ 𝑆))
48	47	ralrimiva 2966	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) → ∀𝑢 ∈ 𝑋 (((𝑧 + 𝑤) + 𝑢) ∈ 𝑆 ↔ (𝑢 + (𝑧 + 𝑤)) ∈ 𝑆))
49	1	elnmz 17633	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑁 ↔ ((𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑋 ∧ ∀𝑢 ∈ 𝑋 (((𝑧 + 𝑤) + 𝑢) ∈ 𝑆 ↔ (𝑢 + (𝑧 + 𝑤)) ∈ 𝑆)))
50	22, 48, 49	sylanbrc 698	. . . . . 6 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) → (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑁)
51	50	3expa 1265	. . . . 5 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) → (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑁)
52	51	ralrimiva 2966	. . . 4 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) → ∀𝑤 ∈ 𝑁 (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑁)
53		eqid 2622	. . . . . . 7 ⊢ (invg‘𝐺) = (invg‘𝐺)
54	5, 53	grpinvcl 17467	. . . . . 6 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑋) → ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑋)
55	19, 54	sylan2 491	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) → ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑋)
56		simplr 792	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → 𝑧 ∈ 𝑁)
57		simpll 790	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → 𝐺 ∈ Grp)
58	55	adantr 481	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑋)
59		simpr 477	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → 𝑢 ∈ 𝑋)
60	5, 8	grpcl 17430	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑢 ∈ 𝑋 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑋) → (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) ∈ 𝑋)
61	57, 59, 58, 60	syl3anc 1326	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) ∈ 𝑋)
62	5, 8	grpcl 17430	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑋 ∧ (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) ∈ 𝑋) → (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) ∈ 𝑋)
63	57, 58, 61, 62	syl3anc 1326	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) ∈ 𝑋)
64	1	nmzbi 17634	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑧 ∈ 𝑁 ∧ (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) ∈ 𝑋) → ((𝑧 + (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)))) ∈ 𝑆 ↔ ((((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) + 𝑧) ∈ 𝑆))
65	56, 63, 64	syl2anc 693	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑧 + (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)))) ∈ 𝑆 ↔ ((((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) + 𝑧) ∈ 𝑆))
66	3, 56	sseldi 3601	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → 𝑧 ∈ 𝑋)
67	5, 8, 6, 53	grprinv 17469	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑋) → (𝑧 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) = (0g‘𝐺))
68	57, 66, 67	syl2anc 693	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (𝑧 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) = (0g‘𝐺))
69	68	oveq1d 6665	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑧 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) = ((0g‘𝐺) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))))
70	5, 8	grpass 17431	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑧 ∈ 𝑋 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑋 ∧ (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) ∈ 𝑋)) → ((𝑧 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) = (𝑧 + (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)))))
71	57, 66, 58, 61, 70	syl13anc 1328	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑧 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) = (𝑧 + (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)))))
72	5, 8, 6	grplid 17452	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) ∈ 𝑋) → ((0g‘𝐺) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) = (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)))
73	57, 61, 72	syl2anc 693	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((0g‘𝐺) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) = (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)))
74	69, 71, 73	3eqtr3d 2664	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (𝑧 + (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)))) = (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)))
75	74	eleq1d 2686	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑧 + (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)))) ∈ 𝑆 ↔ (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) ∈ 𝑆))
76	5, 8	grpass 17431	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑋 ∧ (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) ∈ 𝑋 ∧ 𝑧 ∈ 𝑋)) → ((((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) + 𝑧) = (((invg‘𝐺)‘𝑧) + ((𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) + 𝑧)))
77	57, 58, 61, 66, 76	syl13anc 1328	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) + 𝑧) = (((invg‘𝐺)‘𝑧) + ((𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) + 𝑧)))
78	5, 8	grpass 17431	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑢 ∈ 𝑋 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑋 ∧ 𝑧 ∈ 𝑋)) → ((𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) + 𝑧) = (𝑢 + (((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑧)))
79	57, 59, 58, 66, 78	syl13anc 1328	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) + 𝑧) = (𝑢 + (((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑧)))
80	5, 8, 6, 53	grplinv 17468	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑋) → (((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑧) = (0g‘𝐺))
81	57, 66, 80	syl2anc 693	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑧) = (0g‘𝐺))
82	81	oveq2d 6666	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (𝑢 + (((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑧)) = (𝑢 + (0g‘𝐺)))
83	5, 8, 6	grprid 17453	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (𝑢 + (0g‘𝐺)) = 𝑢)
84	57, 59, 83	syl2anc 693	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (𝑢 + (0g‘𝐺)) = 𝑢)
85	79, 82, 84	3eqtrd 2660	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) + 𝑧) = 𝑢)
86	85	oveq2d 6666	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (((invg‘𝐺)‘𝑧) + ((𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) + 𝑧)) = (((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑢))
87	77, 86	eqtrd 2656	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) + 𝑧) = (((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑢))
88	87	eleq1d 2686	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (((((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) + 𝑧) ∈ 𝑆 ↔ (((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑢) ∈ 𝑆))
89	65, 75, 88	3bitr3rd 299	. . . . . 6 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑢) ∈ 𝑆 ↔ (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) ∈ 𝑆))
90	89	ralrimiva 2966	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) → ∀𝑢 ∈ 𝑋 ((((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑢) ∈ 𝑆 ↔ (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) ∈ 𝑆))
91	1	elnmz 17633	. . . . 5 ⊢ (((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑁 ↔ (((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑋 ∧ ∀𝑢 ∈ 𝑋 ((((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑢) ∈ 𝑆 ↔ (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) ∈ 𝑆)))
92	55, 90, 91	sylanbrc 698	. . . 4 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) → ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑁)
93	52, 92	jca 554	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) → (∀𝑤 ∈ 𝑁 (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑁 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑁))
94	93	ralrimiva 2966	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → ∀𝑧 ∈ 𝑁 (∀𝑤 ∈ 𝑁 (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑁 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑁))
95	5, 8, 53	issubg2 17609	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (𝑁 ∈ (SubGrp‘𝐺) ↔ (𝑁 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑁 ≠ ∅ ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑁 (∀𝑤 ∈ 𝑁 (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑁 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑁))))
96	4, 17, 94, 95	mpbir3and 1245	1 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → 𝑁 ∈ (SubGrp‘𝐺))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 196   ∧ wa 384   ∧ w3a 1037   = wceq 1483   ∈ wcel 1990   ≠ wne 2794  ∀wral 2912  {crab 2916   ⊆ wss 3574  ∅c0 3915  ‘cfv 5888  (class class class)co 6650  Basecbs 15857  +_gcplusg 15941  0_gc0g 16100  Grpcgrp 17422  inv_gcminusg 17423  SubGrpcsubg 17588

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1722  ax-4 1737  ax-5 1839  ax-6 1888  ax-7 1935  ax-8 1992  ax-9 1999  ax-10 2019  ax-11 2034  ax-12 2047  ax-13 2246  ax-ext 2602  ax-rep 4771  ax-sep 4781  ax-nul 4789  ax-pow 4843  ax-pr 4906  ax-un 6949  ax-cnex 9992  ax-resscn 9993  ax-1cn 9994  ax-icn 9995  ax-addcl 9996  ax-addrcl 9997  ax-mulcl 9998  ax-mulrcl 9999  ax-mulcom 10000  ax-addass 10001  ax-mulass 10002  ax-distr 10003  ax-i2m1 10004  ax-1ne0 10005  ax-1rid 10006  ax-rnegex 10007  ax-rrecex 10008  ax-cnre 10009  ax-pre-lttri 10010  ax-pre-lttrn 10011  ax-pre-ltadd 10012  ax-pre-mulgt0 10013

This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1038  df-3an 1039  df-tru 1486  df-ex 1705  df-nf 1710  df-sb 1881  df-eu 2474  df-mo 2475  df-clab 2609  df-cleq 2615  df-clel 2618  df-nfc 2753  df-ne 2795  df-nel 2898  df-ral 2917  df-rex 2918  df-reu 2919  df-rmo 2920  df-rab 2921  df-v 3202  df-sbc 3436  df-csb 3534  df-dif 3577  df-un 3579  df-in 3581  df-ss 3588  df-pss 3590  df-nul 3916  df-if 4087  df-pw 4160  df-sn 4178  df-pr 4180  df-tp 4182  df-op 4184  df-uni 4437  df-iun 4522  df-br 4654  df-opab 4713  df-mpt 4730  df-tr 4753  df-id 5024  df-eprel 5029  df-po 5035  df-so 5036  df-fr 5073  df-we 5075  df-xp 5120  df-rel 5121  df-cnv 5122  df-co 5123  df-dm 5124  df-rn 5125  df-res 5126  df-ima 5127  df-pred 5680  df-ord 5726  df-on 5727  df-lim 5728  df-suc 5729  df-iota 5851  df-fun 5890  df-fn 5891  df-f 5892  df-f1 5893  df-fo 5894  df-f1o 5895  df-fv 5896  df-riota 6611  df-ov 6653  df-oprab 6654  df-mpt2 6655  df-om 7066  df-wrecs 7407  df-recs 7468  df-rdg 7506  df-er 7742  df-en 7956  df-dom 7957  df-sdom 7958  df-pnf 10076  df-mnf 10077  df-xr 10078  df-ltxr 10079  df-le 10080  df-sub 10268  df-neg 10269  df-nn 11021  df-2 11079  df-ndx 15860  df-slot 15861  df-base 15863  df-sets 15864  df-ress 15865  df-plusg 15954  df-0g 16102  df-mgm 17242  df-sgrp 17284  df-mnd 17295  df-grp 17425  df-minusg 17426  df-subg 17591

This theorem is referenced by:  nmznsg  17638  sylow3lem3  18044  sylow3lem4  18045  sylow3lem6  18047