Theorem nmzsubg 18316

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	1	ssrab3 4056	. . 3 ⊢ 𝑁 ⊆ 𝑋
3	2	a1i 11	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → 𝑁 ⊆ 𝑋)
4		nmzsubg.2	. . . . 5 ⊢ 𝑋 = (Base‘𝐺)
5		eqid 2821	. . . . 5 ⊢ (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
6	4, 5	grpidcl 18130	. . . 4 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (0g‘𝐺) ∈ 𝑋)
7		nmzsubg.3	. . . . . . . 8 ⊢ + = (+g‘𝐺)
8	4, 7, 5	grplid 18132	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑋) → ((0g‘𝐺) + 𝑧) = 𝑧)
9	4, 7, 5	grprid 18133	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑋) → (𝑧 + (0g‘𝐺)) = 𝑧)
10	8, 9	eqtr4d 2859	. . . . . 6 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑋) → ((0g‘𝐺) + 𝑧) = (𝑧 + (0g‘𝐺)))
11	10	eleq1d 2897	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑋) → (((0g‘𝐺) + 𝑧) ∈ 𝑆 ↔ (𝑧 + (0g‘𝐺)) ∈ 𝑆))
12	11	ralrimiva 3182	. . . 4 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → ∀𝑧 ∈ 𝑋 (((0g‘𝐺) + 𝑧) ∈ 𝑆 ↔ (𝑧 + (0g‘𝐺)) ∈ 𝑆))
13	1	elnmz 18314	. . . 4 ⊢ ((0g‘𝐺) ∈ 𝑁 ↔ ((0g‘𝐺) ∈ 𝑋 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑋 (((0g‘𝐺) + 𝑧) ∈ 𝑆 ↔ (𝑧 + (0g‘𝐺)) ∈ 𝑆)))
14	6, 12, 13	sylanbrc 585	. . 3 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (0g‘𝐺) ∈ 𝑁)
15	14	ne0d 4300	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → 𝑁 ≠ ∅)
16		id 22	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → 𝐺 ∈ Grp)
17	2	sseli 3962	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑧 ∈ 𝑁 → 𝑧 ∈ 𝑋)
18	2	sseli 3962	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑤 ∈ 𝑁 → 𝑤 ∈ 𝑋)
19	4, 7	grpcl 18110	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑋 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋) → (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑋)
20	16, 17, 18, 19	syl3an 1156	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) → (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑋)
21		simpl1 1187	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → 𝐺 ∈ Grp)
22		simpl2 1188	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → 𝑧 ∈ 𝑁)
23	2, 22	sseldi 3964	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → 𝑧 ∈ 𝑋)
24		simpl3 1189	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → 𝑤 ∈ 𝑁)
25	2, 24	sseldi 3964	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → 𝑤 ∈ 𝑋)
26		simpr 487	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → 𝑢 ∈ 𝑋)
27	4, 7	grpass 18111	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑧 ∈ 𝑋 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋 ∧ 𝑢 ∈ 𝑋)) → ((𝑧 + 𝑤) + 𝑢) = (𝑧 + (𝑤 + 𝑢)))
28	21, 23, 25, 26, 27	syl13anc 1368	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑧 + 𝑤) + 𝑢) = (𝑧 + (𝑤 + 𝑢)))
29	28	eleq1d 2897	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (((𝑧 + 𝑤) + 𝑢) ∈ 𝑆 ↔ (𝑧 + (𝑤 + 𝑢)) ∈ 𝑆))
30	4, 7	grpcl 18110	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑤 ∈ 𝑋 ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (𝑤 + 𝑢) ∈ 𝑋)
31	21, 25, 26, 30	syl3anc 1367	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (𝑤 + 𝑢) ∈ 𝑋)
32	1	nmzbi 18315	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑧 ∈ 𝑁 ∧ (𝑤 + 𝑢) ∈ 𝑋) → ((𝑧 + (𝑤 + 𝑢)) ∈ 𝑆 ↔ ((𝑤 + 𝑢) + 𝑧) ∈ 𝑆))
33	22, 31, 32	syl2anc 586	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑧 + (𝑤 + 𝑢)) ∈ 𝑆 ↔ ((𝑤 + 𝑢) + 𝑧) ∈ 𝑆))
34	4, 7	grpass 18111	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑤 ∈ 𝑋 ∧ 𝑢 ∈ 𝑋 ∧ 𝑧 ∈ 𝑋)) → ((𝑤 + 𝑢) + 𝑧) = (𝑤 + (𝑢 + 𝑧)))
35	21, 25, 26, 23, 34	syl13anc 1368	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑤 + 𝑢) + 𝑧) = (𝑤 + (𝑢 + 𝑧)))
36	35	eleq1d 2897	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (((𝑤 + 𝑢) + 𝑧) ∈ 𝑆 ↔ (𝑤 + (𝑢 + 𝑧)) ∈ 𝑆))
37	4, 7	grpcl 18110	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑢 ∈ 𝑋 ∧ 𝑧 ∈ 𝑋) → (𝑢 + 𝑧) ∈ 𝑋)
38	21, 26, 23, 37	syl3anc 1367	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (𝑢 + 𝑧) ∈ 𝑋)
39	1	nmzbi 18315	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑤 ∈ 𝑁 ∧ (𝑢 + 𝑧) ∈ 𝑋) → ((𝑤 + (𝑢 + 𝑧)) ∈ 𝑆 ↔ ((𝑢 + 𝑧) + 𝑤) ∈ 𝑆))
40	24, 38, 39	syl2anc 586	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑤 + (𝑢 + 𝑧)) ∈ 𝑆 ↔ ((𝑢 + 𝑧) + 𝑤) ∈ 𝑆))
41	33, 36, 40	3bitrd 307	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑧 + (𝑤 + 𝑢)) ∈ 𝑆 ↔ ((𝑢 + 𝑧) + 𝑤) ∈ 𝑆))
42	4, 7	grpass 18111	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑢 ∈ 𝑋 ∧ 𝑧 ∈ 𝑋 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) → ((𝑢 + 𝑧) + 𝑤) = (𝑢 + (𝑧 + 𝑤)))
43	21, 26, 23, 25, 42	syl13anc 1368	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑢 + 𝑧) + 𝑤) = (𝑢 + (𝑧 + 𝑤)))
44	43	eleq1d 2897	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (((𝑢 + 𝑧) + 𝑤) ∈ 𝑆 ↔ (𝑢 + (𝑧 + 𝑤)) ∈ 𝑆))
45	29, 41, 44	3bitrd 307	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (((𝑧 + 𝑤) + 𝑢) ∈ 𝑆 ↔ (𝑢 + (𝑧 + 𝑤)) ∈ 𝑆))
46	45	ralrimiva 3182	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) → ∀𝑢 ∈ 𝑋 (((𝑧 + 𝑤) + 𝑢) ∈ 𝑆 ↔ (𝑢 + (𝑧 + 𝑤)) ∈ 𝑆))
47	1	elnmz 18314	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑁 ↔ ((𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑋 ∧ ∀𝑢 ∈ 𝑋 (((𝑧 + 𝑤) + 𝑢) ∈ 𝑆 ↔ (𝑢 + (𝑧 + 𝑤)) ∈ 𝑆)))
48	20, 46, 47	sylanbrc 585	. . . . . 6 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) → (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑁)
49	48	3expa 1114	. . . . 5 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) → (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑁)
50	49	ralrimiva 3182	. . . 4 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) → ∀𝑤 ∈ 𝑁 (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑁)
51		eqid 2821	. . . . . . 7 ⊢ (invg‘𝐺) = (invg‘𝐺)
52	4, 51	grpinvcl 18150	. . . . . 6 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑋) → ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑋)
53	17, 52	sylan2 594	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) → ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑋)
54		simplr 767	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → 𝑧 ∈ 𝑁)
55		simpll 765	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → 𝐺 ∈ Grp)
56	53	adantr 483	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑋)
57		simpr 487	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → 𝑢 ∈ 𝑋)
58	4, 7	grpcl 18110	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑢 ∈ 𝑋 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑋) → (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) ∈ 𝑋)
59	55, 57, 56, 58	syl3anc 1367	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) ∈ 𝑋)
60	4, 7	grpcl 18110	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑋 ∧ (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) ∈ 𝑋) → (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) ∈ 𝑋)
61	55, 56, 59, 60	syl3anc 1367	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) ∈ 𝑋)
62	1	nmzbi 18315	. . . . . . . 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))
63	54, 61, 62	syl2anc 586	. . . . . . 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))
64	2, 54	sseldi 3964	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → 𝑧 ∈ 𝑋)
65	4, 7, 5, 51	grprinv 18152	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑋) → (𝑧 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) = (0g‘𝐺))
66	55, 64, 65	syl2anc 586	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (𝑧 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) = (0g‘𝐺))
67	66	oveq1d 7170	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑧 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) = ((0g‘𝐺) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))))
68	4, 7	grpass 18111	. . . . . . . . . 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)))))
69	55, 64, 56, 59, 68	syl13anc 1368	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑧 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) = (𝑧 + (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)))))
70	4, 7, 5	grplid 18132	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) ∈ 𝑋) → ((0g‘𝐺) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) = (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)))
71	55, 59, 70	syl2anc 586	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((0g‘𝐺) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) = (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)))
72	67, 69, 71	3eqtr3d 2864	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (𝑧 + (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)))) = (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)))
73	72	eleq1d 2897	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑧 + (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)))) ∈ 𝑆 ↔ (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) ∈ 𝑆))
74	4, 7	grpass 18111	. . . . . . . . . 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)))
75	55, 56, 59, 64, 74	syl13anc 1368	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) + 𝑧) = (((invg‘𝐺)‘𝑧) + ((𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) + 𝑧)))
76	4, 7	grpass 18111	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑢 ∈ 𝑋 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑋 ∧ 𝑧 ∈ 𝑋)) → ((𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) + 𝑧) = (𝑢 + (((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑧)))
77	55, 57, 56, 64, 76	syl13anc 1368	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) + 𝑧) = (𝑢 + (((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑧)))
78	4, 7, 5, 51	grplinv 18151	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑋) → (((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑧) = (0g‘𝐺))
79	55, 64, 78	syl2anc 586	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑧) = (0g‘𝐺))
80	79	oveq2d 7171	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (𝑢 + (((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑧)) = (𝑢 + (0g‘𝐺)))
81	4, 7, 5	grprid 18133	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (𝑢 + (0g‘𝐺)) = 𝑢)
82	55, 57, 81	syl2anc 586	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (𝑢 + (0g‘𝐺)) = 𝑢)
83	77, 80, 82	3eqtrd 2860	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) + 𝑧) = 𝑢)
84	83	oveq2d 7171	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (((invg‘𝐺)‘𝑧) + ((𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) + 𝑧)) = (((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑢))
85	75, 84	eqtrd 2856	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) + 𝑧) = (((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑢))
86	85	eleq1d 2897	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → (((((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧))) + 𝑧) ∈ 𝑆 ↔ (((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑢) ∈ 𝑆))
87	63, 73, 86	3bitr3rd 312	. . . . . 6 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) ∧ 𝑢 ∈ 𝑋) → ((((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑢) ∈ 𝑆 ↔ (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) ∈ 𝑆))
88	87	ralrimiva 3182	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) → ∀𝑢 ∈ 𝑋 ((((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑢) ∈ 𝑆 ↔ (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) ∈ 𝑆))
89	1	elnmz 18314	. . . . 5 ⊢ (((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑁 ↔ (((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑋 ∧ ∀𝑢 ∈ 𝑋 ((((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑢) ∈ 𝑆 ↔ (𝑢 + ((invg‘𝐺)‘𝑧)) ∈ 𝑆)))
90	53, 88, 89	sylanbrc 585	. . . 4 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) → ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑁)
91	50, 90	jca 514	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑁) → (∀𝑤 ∈ 𝑁 (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑁 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑁))
92	91	ralrimiva 3182	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → ∀𝑧 ∈ 𝑁 (∀𝑤 ∈ 𝑁 (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑁 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑁))
93	4, 7, 51	issubg2 18293	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (𝑁 ∈ (SubGrp‘𝐺) ↔ (𝑁 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑁 ≠ ∅ ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑁 (∀𝑤 ∈ 𝑁 (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑁 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑁))))
94	3, 15, 92, 93	mpbir3and 1338	1 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → 𝑁 ∈ (SubGrp‘𝐺))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 208   ∧ wa 398   ∧ w3a 1083   = wceq 1533   ∈ wcel 2110   ≠ wne 3016  ∀wral 3138  {crab 3142   ⊆ wss 3935  ∅c0 4290  ‘cfv 6354  (class class class)co 7155  Basecbs 16482  +_gcplusg 16564  0_gc0g 16712  Grpcgrp 18102  inv_gcminusg 18103  SubGrpcsubg 18272

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1792  ax-4 1806  ax-5 1907  ax-6 1966  ax-7 2011  ax-8 2112  ax-9 2120  ax-10 2141  ax-11 2157  ax-12 2173  ax-ext 2793  ax-sep 5202  ax-nul 5209  ax-pow 5265  ax-pr 5329  ax-un 7460  ax-cnex 10592  ax-resscn 10593  ax-1cn 10594  ax-icn 10595  ax-addcl 10596  ax-addrcl 10597  ax-mulcl 10598  ax-mulrcl 10599  ax-mulcom 10600  ax-addass 10601  ax-mulass 10602  ax-distr 10603  ax-i2m1 10604  ax-1ne0 10605  ax-1rid 10606  ax-rnegex 10607  ax-rrecex 10608  ax-cnre 10609  ax-pre-lttri 10610  ax-pre-lttrn 10611  ax-pre-ltadd 10612  ax-pre-mulgt0 10613

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1084  df-3an 1085  df-tru 1536  df-ex 1777  df-nf 1781  df-sb 2066  df-mo 2618  df-eu 2650  df-clab 2800  df-cleq 2814  df-clel 2893  df-nfc 2963  df-ne 3017  df-nel 3124  df-ral 3143  df-rex 3144  df-reu 3145  df-rmo 3146  df-rab 3147  df-v 3496  df-sbc 3772  df-csb 3883  df-dif 3938  df-un 3940  df-in 3942  df-ss 3951  df-pss 3953  df-nul 4291  df-if 4467  df-pw 4540  df-sn 4567  df-pr 4569  df-tp 4571  df-op 4573  df-uni 4838  df-iun 4920  df-br 5066  df-opab 5128  df-mpt 5146  df-tr 5172  df-id 5459  df-eprel 5464  df-po 5473  df-so 5474  df-fr 5513  df-we 5515  df-xp 5560  df-rel 5561  df-cnv 5562  df-co 5563  df-dm 5564  df-rn 5565  df-res 5566  df-ima 5567  df-pred 6147  df-ord 6193  df-on 6194  df-lim 6195  df-suc 6196  df-iota 6313  df-fun 6356  df-fn 6357  df-f 6358  df-f1 6359  df-fo 6360  df-f1o 6361  df-fv 6362  df-riota 7113  df-ov 7158  df-oprab 7159  df-mpo 7160  df-om 7580  df-wrecs 7946  df-recs 8007  df-rdg 8045  df-er 8288  df-en 8509  df-dom 8510  df-sdom 8511  df-pnf 10676  df-mnf 10677  df-xr 10678  df-ltxr 10679  df-le 10680  df-sub 10871  df-neg 10872  df-nn 11638  df-2 11699  df-ndx 16485  df-slot 16486  df-base 16488  df-sets 16489  df-ress 16490  df-plusg 16577  df-0g 16714  df-mgm 17851  df-sgrp 17900  df-mnd 17911  df-grp 18105  df-minusg 18106  df-subg 18275

This theorem is referenced by:  nmznsg  18319  sylow3lem3  18753  sylow3lem4  18754  sylow3lem6  18756