Theorem ssnmz 17636

Description: A subgroup is a subset of its normalizer. (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
ssnmz	⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑆 ⊆ 𝑁)

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

Allowed substitution hints:   𝑁(𝑥,𝑦)

Proof of Theorem ssnmz

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nmzsubg.2	. . . . . 6 ⊢ 𝑋 = (Base‘𝐺)
2	1	subgss 17595	. . . . 5 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑆 ⊆ 𝑋)
3	2	sselda 3603	. . . 4 ⊢ ((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) → 𝑧 ∈ 𝑋)
4		simpll 790	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺))
5		subgrcl 17599	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝐺 ∈ Grp)
6	4, 5	syl 17	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → 𝐺 ∈ Grp)
7	4, 2	syl 17	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → 𝑆 ⊆ 𝑋)
8		simplrl 800	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → 𝑧 ∈ 𝑆)
9	7, 8	sseldd 3604	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → 𝑧 ∈ 𝑋)
10		nmzsubg.3	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ + = (+g‘𝐺)
11		eqid 2622	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
12		eqid 2622	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (invg‘𝐺) = (invg‘𝐺)
13	1, 10, 11, 12	grplinv 17468	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑋) → (((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑧) = (0g‘𝐺))
14	6, 9, 13	syl2anc 693	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → (((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑧) = (0g‘𝐺))
15	14	oveq1d 6665	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → ((((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑧) + 𝑤) = ((0g‘𝐺) + 𝑤))
16	12	subginvcl 17603	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) → ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑆)
17	4, 8, 16	syl2anc 693	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑆)
18	7, 17	sseldd 3604	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑋)
19		simplrr 801	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → 𝑤 ∈ 𝑋)
20	1, 10	grpass 17431	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑋 ∧ 𝑧 ∈ 𝑋 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) → ((((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑧) + 𝑤) = (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑧 + 𝑤)))
21	6, 18, 9, 19, 20	syl13anc 1328	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → ((((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑧) + 𝑤) = (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑧 + 𝑤)))
22	1, 10, 11	grplid 17452	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑤 ∈ 𝑋) → ((0g‘𝐺) + 𝑤) = 𝑤)
23	6, 19, 22	syl2anc 693	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → ((0g‘𝐺) + 𝑤) = 𝑤)
24	15, 21, 23	3eqtr3d 2664	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑧 + 𝑤)) = 𝑤)
25		simpr 477	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆)
26	10	subgcl 17604	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑆 ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑧 + 𝑤)) ∈ 𝑆)
27	4, 17, 25, 26	syl3anc 1326	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑧 + 𝑤)) ∈ 𝑆)
28	24, 27	eqeltrrd 2702	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → 𝑤 ∈ 𝑆)
29	10	subgcl 17604	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑤 ∈ 𝑆 ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) → (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆)
30	4, 28, 8, 29	syl3anc 1326	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆)
31		simpll 790	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆) → 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺))
32		simplrl 800	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆) → 𝑧 ∈ 𝑆)
33	31, 5	syl 17	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆) → 𝐺 ∈ Grp)
34		simplrr 801	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆) → 𝑤 ∈ 𝑋)
35	31, 32, 3	syl2anc 693	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆) → 𝑧 ∈ 𝑋)
36		eqid 2622	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (-g‘𝐺) = (-g‘𝐺)
37	1, 10, 36	grppncan 17506	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑤 ∈ 𝑋 ∧ 𝑧 ∈ 𝑋) → ((𝑤 + 𝑧)(-g‘𝐺)𝑧) = 𝑤)
38	33, 34, 35, 37	syl3anc 1326	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆) → ((𝑤 + 𝑧)(-g‘𝐺)𝑧) = 𝑤)
39		simpr 477	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆) → (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆)
40	36	subgsubcl 17605	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆 ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) → ((𝑤 + 𝑧)(-g‘𝐺)𝑧) ∈ 𝑆)
41	31, 39, 32, 40	syl3anc 1326	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆) → ((𝑤 + 𝑧)(-g‘𝐺)𝑧) ∈ 𝑆)
42	38, 41	eqeltrrd 2702	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆) → 𝑤 ∈ 𝑆)
43	10	subgcl 17604	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑆) → (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆)
44	31, 32, 42, 43	syl3anc 1326	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆) → (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆)
45	30, 44	impbida 877	. . . . . 6 ⊢ ((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) → ((𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆 ↔ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆))
46	45	anassrs 680	. . . . 5 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) ∧ 𝑤 ∈ 𝑋) → ((𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆 ↔ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆))
47	46	ralrimiva 2966	. . . 4 ⊢ ((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) → ∀𝑤 ∈ 𝑋 ((𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆 ↔ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆))
48		elnmz.1	. . . . 5 ⊢ 𝑁 = {𝑥 ∈ 𝑋 ∣ ∀𝑦 ∈ 𝑋 ((𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆 ↔ (𝑦 + 𝑥) ∈ 𝑆)}
49	48	elnmz 17633	. . . 4 ⊢ (𝑧 ∈ 𝑁 ↔ (𝑧 ∈ 𝑋 ∧ ∀𝑤 ∈ 𝑋 ((𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆 ↔ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆)))
50	3, 47, 49	sylanbrc 698	. . 3 ⊢ ((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) → 𝑧 ∈ 𝑁)
51	50	ex 450	. 2 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → (𝑧 ∈ 𝑆 → 𝑧 ∈ 𝑁))
52	51	ssrdv 3609	1 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑆 ⊆ 𝑁)

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 196   ∧ wa 384   = wceq 1483   ∈ wcel 1990  ∀wral 2912  {crab 2916   ⊆ wss 3574  ‘cfv 5888  (class class class)co 6650  Basecbs 15857  +_gcplusg 15941  0_gc0g 16100  Grpcgrp 17422  inv_gcminusg 17423  -_gcsg 17424  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-1st 7168  df-2nd 7169  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-sbg 17427  df-subg 17591

This theorem is referenced by:  nmznsg  17638  sylow3lem6  18047