Theorem nmznsg 19151

Description: Any subgroup is a normal subgroup of its normalizer. (Contributed by Mario Carneiro, 19-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)
nmznsg.4	⊢ 𝐻 = (𝐺 ↾s 𝑁)

Assertion

Ref	Expression
nmznsg	⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐻))

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

Allowed substitution hints:   𝐻(𝑥,𝑦)   𝑁(𝑥,𝑦)

Proof of Theorem nmznsg

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		id 22	. . 3 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺))
2		elnmz.1	. . . 4 ⊢ 𝑁 = {𝑥 ∈ 𝑋 ∣ ∀𝑦 ∈ 𝑋 ((𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆 ↔ (𝑦 + 𝑥) ∈ 𝑆)}
3		nmzsubg.2	. . . 4 ⊢ 𝑋 = (Base‘𝐺)
4		nmzsubg.3	. . . 4 ⊢ + = (+g‘𝐺)
5	2, 3, 4	ssnmz 19149	. . 3 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑆 ⊆ 𝑁)
6		subgrcl 19114	. . . . 5 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝐺 ∈ Grp)
7	2, 3, 4	nmzsubg 19148	. . . . 5 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → 𝑁 ∈ (SubGrp‘𝐺))
8	6, 7	syl 17	. . . 4 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑁 ∈ (SubGrp‘𝐺))
9		nmznsg.4	. . . . 5 ⊢ 𝐻 = (𝐺 ↾s 𝑁)
10	9	subsubg 19132	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ (SubGrp‘𝐺) → (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐻) ↔ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑁)))
11	8, 10	syl 17	. . 3 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐻) ↔ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑁)))
12	1, 5, 11	mpbir2and 713	. 2 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐻))
13	2	ssrab3 4057	. . . . . 6 ⊢ 𝑁 ⊆ 𝑋
14	13	sseli 3954	. . . . 5 ⊢ (𝑤 ∈ 𝑁 → 𝑤 ∈ 𝑋)
15	2	nmzbi 19147	. . . . 5 ⊢ ((𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋) → ((𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆 ↔ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆))
16	14, 15	sylan2 593	. . . 4 ⊢ ((𝑧 ∈ 𝑁 ∧ 𝑤 ∈ 𝑁) → ((𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆 ↔ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆))
17	16	rgen2 3184	. . 3 ⊢ ∀𝑧 ∈ 𝑁 ∀𝑤 ∈ 𝑁 ((𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆 ↔ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆)
18	9	subgbas 19113	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑁 = (Base‘𝐻))
19	8, 18	syl 17	. . . 4 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑁 = (Base‘𝐻))
20	19	raleqdv 3305	. . . 4 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → (∀𝑤 ∈ 𝑁 ((𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆 ↔ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆) ↔ ∀𝑤 ∈ (Base‘𝐻)((𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆 ↔ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆)))
21	19, 20	raleqbidv 3325	. . 3 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → (∀𝑧 ∈ 𝑁 ∀𝑤 ∈ 𝑁 ((𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆 ↔ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆) ↔ ∀𝑧 ∈ (Base‘𝐻)∀𝑤 ∈ (Base‘𝐻)((𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆 ↔ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆)))
22	17, 21	mpbii 233	. 2 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → ∀𝑧 ∈ (Base‘𝐻)∀𝑤 ∈ (Base‘𝐻)((𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆 ↔ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆))
23		eqid 2735	. . 3 ⊢ (Base‘𝐻) = (Base‘𝐻)
24	3	fvexi 6890	. . . . 5 ⊢ 𝑋 ∈ V
25	24, 13	ssexi 5292	. . . 4 ⊢ 𝑁 ∈ V
26	9, 4	ressplusg 17305	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ V → + = (+g‘𝐻))
27	25, 26	ax-mp 5	. . 3 ⊢ + = (+g‘𝐻)
28	23, 27	isnsg 19138	. 2 ⊢ (𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐻) ↔ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐻) ∧ ∀𝑧 ∈ (Base‘𝐻)∀𝑤 ∈ (Base‘𝐻)((𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆 ↔ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆)))
29	12, 22, 28	sylanbrc 583	1 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑆 ∈ (NrmSGrp‘𝐻))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   = wceq 1540   ∈ wcel 2108  ∀wral 3051  {crab 3415  Vcvv 3459   ⊆ wss 3926  ‘cfv 6531  (class class class)co 7405  Basecbs 17228   ↾_s cress 17251  +_gcplusg 17271  Grpcgrp 18916  SubGrpcsubg 19103  NrmSGrpcnsg 19104

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 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2157  ax-12 2177  ax-ext 2707  ax-sep 5266  ax-nul 5276  ax-pow 5335  ax-pr 5402  ax-un 7729  ax-cnex 11185  ax-resscn 11186  ax-1cn 11187  ax-icn 11188  ax-addcl 11189  ax-addrcl 11190  ax-mulcl 11191  ax-mulrcl 11192  ax-mulcom 11193  ax-addass 11194  ax-mulass 11195  ax-distr 11196  ax-i2m1 11197  ax-1ne0 11198  ax-1rid 11199  ax-rnegex 11200  ax-rrecex 11201  ax-cnre 11202  ax-pre-lttri 11203  ax-pre-lttrn 11204  ax-pre-ltadd 11205  ax-pre-mulgt0 11206

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 2065  df-mo 2539  df-eu 2568  df-clab 2714  df-cleq 2727  df-clel 2809  df-nfc 2885  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3061  df-rmo 3359  df-reu 3360  df-rab 3416  df-v 3461  df-sbc 3766  df-csb 3875  df-dif 3929  df-un 3931  df-in 3933  df-ss 3943  df-pss 3946  df-nul 4309  df-if 4501  df-pw 4577  df-sn 4602  df-pr 4604  df-op 4608  df-uni 4884  df-iun 4969  df-br 5120  df-opab 5182  df-mpt 5202  df-tr 5230  df-id 5548  df-eprel 5553  df-po 5561  df-so 5562  df-fr 5606  df-we 5608  df-xp 5660  df-rel 5661  df-cnv 5662  df-co 5663  df-dm 5664  df-rn 5665  df-res 5666  df-ima 5667  df-pred 6290  df-ord 6355  df-on 6356  df-lim 6357  df-suc 6358  df-iota 6484  df-fun 6533  df-fn 6534  df-f 6535  df-f1 6536  df-fo 6537  df-f1o 6538  df-fv 6539  df-riota 7362  df-ov 7408  df-oprab 7409  df-mpo 7410  df-om 7862  df-1st 7988  df-2nd 7989  df-frecs 8280  df-wrecs 8311  df-recs 8385  df-rdg 8424  df-er 8719  df-en 8960  df-dom 8961  df-sdom 8962  df-pnf 11271  df-mnf 11272  df-xr 11273  df-ltxr 11274  df-le 11275  df-sub 11468  df-neg 11469  df-nn 12241  df-2 12303  df-sets 17183  df-slot 17201  df-ndx 17213  df-base 17229  df-ress 17252  df-plusg 17284  df-0g 17455  df-mgm 18618  df-sgrp 18697  df-mnd 18713  df-grp 18919  df-minusg 18920  df-sbg 18921  df-subg 19106  df-nsg 19107

This theorem is referenced by:  sylow3lem4  19611  sylow3lem6  19613