Theorem cycsubg 19122

Description: The cyclic group generated by 𝐴 is the smallest subgroup containing 𝐴. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Jan-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
cycsubg.x	⊢ 𝑋 = (Base‘𝐺)
cycsubg.t	⊢ · = (.g‘𝐺)
cycsubg.f	⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ ℤ ↦ (𝑥 · 𝐴))

Assertion

Ref	Expression
cycsubg	⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐴 ∈ 𝑋) → ran 𝐹 = ∩ {𝑠 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∣ 𝐴 ∈ 𝑠})

Distinct variable groups:   𝑥,𝑠,𝐴   𝐺,𝑠,𝑥   𝑥, ·   𝑥,𝑋   𝐹,𝑠

Allowed substitution hints:   · (𝑠)   𝐹(𝑥)   𝑋(𝑠)

Proof of Theorem cycsubg

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ssintab 4925	. . . . 5 ⊢ (ran 𝐹 ⊆ ∩ {𝑠 ∣ (𝑠 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝐴 ∈ 𝑠)} ↔ ∀𝑠((𝑠 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝐴 ∈ 𝑠) → ran 𝐹 ⊆ 𝑠))
2		cycsubg.x	. . . . . 6 ⊢ 𝑋 = (Base‘𝐺)
3		cycsubg.t	. . . . . 6 ⊢ · = (.g‘𝐺)
4		cycsubg.f	. . . . . 6 ⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ ℤ ↦ (𝑥 · 𝐴))
5	2, 3, 4	cycsubgss 19121	. . . . 5 ⊢ ((𝑠 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝐴 ∈ 𝑠) → ran 𝐹 ⊆ 𝑠)
6	1, 5	mpgbir 1799	. . . 4 ⊢ ran 𝐹 ⊆ ∩ {𝑠 ∣ (𝑠 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝐴 ∈ 𝑠)}
7		df-rab 3403	. . . . 5 ⊢ {𝑠 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∣ 𝐴 ∈ 𝑠} = {𝑠 ∣ (𝑠 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝐴 ∈ 𝑠)}
8	7	inteqi 4910	. . . 4 ⊢ ∩ {𝑠 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∣ 𝐴 ∈ 𝑠} = ∩ {𝑠 ∣ (𝑠 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝐴 ∈ 𝑠)}
9	6, 8	sseqtrri 3993	. . 3 ⊢ ran 𝐹 ⊆ ∩ {𝑠 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∣ 𝐴 ∈ 𝑠}
10	9	a1i 11	. 2 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐴 ∈ 𝑋) → ran 𝐹 ⊆ ∩ {𝑠 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∣ 𝐴 ∈ 𝑠})
11	2, 3, 4	cycsubgcl 19120	. . . 4 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐴 ∈ 𝑋) → (ran 𝐹 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝐴 ∈ ran 𝐹))
12		eleq2 2817	. . . . 5 ⊢ (𝑠 = ran 𝐹 → (𝐴 ∈ 𝑠 ↔ 𝐴 ∈ ran 𝐹))
13	12	elrab 3656	. . . 4 ⊢ (ran 𝐹 ∈ {𝑠 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∣ 𝐴 ∈ 𝑠} ↔ (ran 𝐹 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝐴 ∈ ran 𝐹))
14	11, 13	sylibr 234	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐴 ∈ 𝑋) → ran 𝐹 ∈ {𝑠 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∣ 𝐴 ∈ 𝑠})
15		intss1 4923	. . 3 ⊢ (ran 𝐹 ∈ {𝑠 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∣ 𝐴 ∈ 𝑠} → ∩ {𝑠 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∣ 𝐴 ∈ 𝑠} ⊆ ran 𝐹)
16	14, 15	syl 17	. 2 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐴 ∈ 𝑋) → ∩ {𝑠 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∣ 𝐴 ∈ 𝑠} ⊆ ran 𝐹)
17	10, 16	eqssd 3961	1 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐴 ∈ 𝑋) → ran 𝐹 = ∩ {𝑠 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∣ 𝐴 ∈ 𝑠})

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1540   ∈ wcel 2109  {cab 2707  {crab 3402   ⊆ wss 3911  ∩ cint 4906   ↦ cmpt 5183  ran crn 5632  ‘cfv 6499  (class class class)co 7369  ℤcz 12505  Basecbs 17155  Grpcgrp 18847  ._gcmg 18981  SubGrpcsubg 19034

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2701  ax-sep 5246  ax-nul 5256  ax-pow 5315  ax-pr 5382  ax-un 7691  ax-cnex 11100  ax-resscn 11101  ax-1cn 11102  ax-icn 11103  ax-addcl 11104  ax-addrcl 11105  ax-mulcl 11106  ax-mulrcl 11107  ax-mulcom 11108  ax-addass 11109  ax-mulass 11110  ax-distr 11111  ax-i2m1 11112  ax-1ne0 11113  ax-1rid 11114  ax-rnegex 11115  ax-rrecex 11116  ax-cnre 11117  ax-pre-lttri 11118  ax-pre-lttrn 11119  ax-pre-ltadd 11120  ax-pre-mulgt0 11121

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2708  df-cleq 2721  df-clel 2803  df-nfc 2878  df-ne 2926  df-nel 3030  df-ral 3045  df-rex 3054  df-rmo 3351  df-reu 3352  df-rab 3403  df-v 3446  df-sbc 3751  df-csb 3860  df-dif 3914  df-un 3916  df-in 3918  df-ss 3928  df-pss 3931  df-nul 4293  df-if 4485  df-pw 4561  df-sn 4586  df-pr 4588  df-op 4592  df-uni 4868  df-int 4907  df-iun 4953  df-br 5103  df-opab 5165  df-mpt 5184  df-tr 5210  df-id 5526  df-eprel 5531  df-po 5539  df-so 5540  df-fr 5584  df-we 5586  df-xp 5637  df-rel 5638  df-cnv 5639  df-co 5640  df-dm 5641  df-rn 5642  df-res 5643  df-ima 5644  df-pred 6262  df-ord 6323  df-on 6324  df-lim 6325  df-suc 6326  df-iota 6452  df-fun 6501  df-fn 6502  df-f 6503  df-f1 6504  df-fo 6505  df-f1o 6506  df-fv 6507  df-riota 7326  df-ov 7372  df-oprab 7373  df-mpo 7374  df-om 7823  df-1st 7947  df-2nd 7948  df-frecs 8237  df-wrecs 8268  df-recs 8317  df-rdg 8355  df-er 8648  df-en 8896  df-dom 8897  df-sdom 8898  df-pnf 11186  df-mnf 11187  df-xr 11188  df-ltxr 11189  df-le 11190  df-sub 11383  df-neg 11384  df-nn 12163  df-2 12225  df-n0 12419  df-z 12506  df-uz 12770  df-fz 13445  df-seq 13943  df-sets 17110  df-slot 17128  df-ndx 17140  df-base 17156  df-ress 17177  df-plusg 17209  df-0g 17380  df-mgm 18549  df-sgrp 18628  df-mnd 18644  df-grp 18850  df-minusg 18851  df-mulg 18982  df-subg 19037

This theorem is referenced by:  cycsubg2  19124