Theorem ssnmz 18890

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 18852	. . . . 5 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑆 ⊆ 𝑋)
3	2	sselda 3932	. . . 4 ⊢ ((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) → 𝑧 ∈ 𝑋)
4		simpll 764	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺))
5		subgrcl 18856	. . . . . . . . . . . . 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 774	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → 𝑧 ∈ 𝑆)
9	7, 8	sseldd 3933	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → 𝑧 ∈ 𝑋)
10		nmzsubg.3	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ + = (+g‘𝐺)
11		eqid 2736	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
12		eqid 2736	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (invg‘𝐺) = (invg‘𝐺)
13	1, 10, 11, 12	grplinv 18724	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑧 ∈ 𝑋) → (((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑧) = (0g‘𝐺))
14	6, 9, 13	syl2anc 584	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → (((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑧) = (0g‘𝐺))
15	14	oveq1d 7352	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → ((((invg‘𝐺)‘𝑧) + 𝑧) + 𝑤) = ((0g‘𝐺) + 𝑤))
16	12	subginvcl 18860	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) → ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑆)
17	4, 8, 16	syl2anc 584	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑆)
18	7, 17	sseldd 3933	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑋)
19		simplrr 775	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → 𝑤 ∈ 𝑋)
20	1, 10	grpass 18682	. . . . . . . . . . 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 1371	. . . . . . . . . 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 18705	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑤 ∈ 𝑋) → ((0g‘𝐺) + 𝑤) = 𝑤)
23	6, 19, 22	syl2anc 584	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → ((0g‘𝐺) + 𝑤) = 𝑤)
24	15, 21, 23	3eqtr3d 2784	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑧 + 𝑤)) = 𝑤)
25		simpr 485	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆)
26	10	subgcl 18861	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑧) ∈ 𝑆 ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑧 + 𝑤)) ∈ 𝑆)
27	4, 17, 25, 26	syl3anc 1370	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → (((invg‘𝐺)‘𝑧) + (𝑧 + 𝑤)) ∈ 𝑆)
28	24, 27	eqeltrrd 2838	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → 𝑤 ∈ 𝑆)
29	10	subgcl 18861	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑤 ∈ 𝑆 ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) → (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆)
30	4, 28, 8, 29	syl3anc 1370	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆) → (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆)
31		simpll 764	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆) → 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺))
32		simplrl 774	. . . . . . . 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 775	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆) → 𝑤 ∈ 𝑋)
35	31, 32, 3	syl2anc 584	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆) → 𝑧 ∈ 𝑋)
36		eqid 2736	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (-g‘𝐺) = (-g‘𝐺)
37	1, 10, 36	grppncan 18762	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑤 ∈ 𝑋 ∧ 𝑧 ∈ 𝑋) → ((𝑤 + 𝑧)(-g‘𝐺)𝑧) = 𝑤)
38	33, 34, 35, 37	syl3anc 1370	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆) → ((𝑤 + 𝑧)(-g‘𝐺)𝑧) = 𝑤)
39		simpr 485	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆) → (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆)
40	36	subgsubcl 18862	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆 ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) → ((𝑤 + 𝑧)(-g‘𝐺)𝑧) ∈ 𝑆)
41	31, 39, 32, 40	syl3anc 1370	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆) → ((𝑤 + 𝑧)(-g‘𝐺)𝑧) ∈ 𝑆)
42	38, 41	eqeltrrd 2838	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆) → 𝑤 ∈ 𝑆)
43	10	subgcl 18861	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑆) → (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆)
44	31, 32, 42, 43	syl3anc 1370	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆) → (𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆)
45	30, 44	impbida 798	. . . . . 6 ⊢ ((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ (𝑧 ∈ 𝑆 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) → ((𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆 ↔ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆))
46	45	anassrs 468	. . . . 5 ⊢ (((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) ∧ 𝑤 ∈ 𝑋) → ((𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆 ↔ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆))
47	46	ralrimiva 3139	. . . 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 18887	. . . 4 ⊢ (𝑧 ∈ 𝑁 ↔ (𝑧 ∈ 𝑋 ∧ ∀𝑤 ∈ 𝑋 ((𝑧 + 𝑤) ∈ 𝑆 ↔ (𝑤 + 𝑧) ∈ 𝑆)))
50	3, 47, 49	sylanbrc 583	. . 3 ⊢ ((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) → 𝑧 ∈ 𝑁)
51	50	ex 413	. 2 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → (𝑧 ∈ 𝑆 → 𝑧 ∈ 𝑁))
52	51	ssrdv 3938	1 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑆 ⊆ 𝑁)

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 396   = wceq 1540   ∈ wcel 2105  ∀wral 3061  {crab 3403   ⊆ wss 3898  ‘cfv 6479  (class class class)co 7337  Basecbs 17009  +_gcplusg 17059  0_gc0g 17247  Grpcgrp 18673  inv_gcminusg 18674  -_gcsg 18675  SubGrpcsubg 18845

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1912  ax-6 1970  ax-7 2010  ax-8 2107  ax-9 2115  ax-10 2136  ax-11 2153  ax-12 2170  ax-ext 2707  ax-sep 5243  ax-nul 5250  ax-pow 5308  ax-pr 5372  ax-un 7650  ax-cnex 11028  ax-resscn 11029  ax-1cn 11030  ax-icn 11031  ax-addcl 11032  ax-addrcl 11033  ax-mulcl 11034  ax-mulrcl 11035  ax-mulcom 11036  ax-addass 11037  ax-mulass 11038  ax-distr 11039  ax-i2m1 11040  ax-1ne0 11041  ax-1rid 11042  ax-rnegex 11043  ax-rrecex 11044  ax-cnre 11045  ax-pre-lttri 11046  ax-pre-lttrn 11047  ax-pre-ltadd 11048  ax-pre-mulgt0 11049

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2067  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2714  df-cleq 2728  df-clel 2814  df-nfc 2886  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3062  df-rex 3071  df-rmo 3349  df-reu 3350  df-rab 3404  df-v 3443  df-sbc 3728  df-csb 3844  df-dif 3901  df-un 3903  df-in 3905  df-ss 3915  df-pss 3917  df-nul 4270  df-if 4474  df-pw 4549  df-sn 4574  df-pr 4576  df-op 4580  df-uni 4853  df-iun 4943  df-br 5093  df-opab 5155  df-mpt 5176  df-tr 5210  df-id 5518  df-eprel 5524  df-po 5532  df-so 5533  df-fr 5575  df-we 5577  df-xp 5626  df-rel 5627  df-cnv 5628  df-co 5629  df-dm 5630  df-rn 5631  df-res 5632  df-ima 5633  df-pred 6238  df-ord 6305  df-on 6306  df-lim 6307  df-suc 6308  df-iota 6431  df-fun 6481  df-fn 6482  df-f 6483  df-f1 6484  df-fo 6485  df-f1o 6486  df-fv 6487  df-riota 7293  df-ov 7340  df-oprab 7341  df-mpo 7342  df-om 7781  df-1st 7899  df-2nd 7900  df-frecs 8167  df-wrecs 8198  df-recs 8272  df-rdg 8311  df-er 8569  df-en 8805  df-dom 8806  df-sdom 8807  df-pnf 11112  df-mnf 11113  df-xr 11114  df-ltxr 11115  df-le 11116  df-sub 11308  df-neg 11309  df-nn 12075  df-2 12137  df-sets 16962  df-slot 16980  df-ndx 16992  df-base 17010  df-ress 17039  df-plusg 17072  df-0g 17249  df-mgm 18423  df-sgrp 18472  df-mnd 18483  df-grp 18676  df-minusg 18677  df-sbg 18678  df-subg 18848

This theorem is referenced by:  nmznsg  18892  sylow3lem6  19333