Theorem subgint 19223

Description: The intersection of a nonempty collection of subgroups is a subgroup. (Contributed by Mario Carneiro, 7-Dec-2014.)

Assertion

Ref	Expression
subgint	⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → ∩ 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺))

Proof of Theorem subgint

Dummy variables 𝑥 𝑔 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		intssuni 4934	. . . 4 ⊢ (𝑆 ≠ ∅ → ∩ 𝑆 ⊆ ∪ 𝑆)
2	1	adantl 486	. . 3 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → ∩ 𝑆 ⊆ ∪ 𝑆)
3		ssel2 3931	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → 𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺))
4	3	adantlr 727	. . . . . 6 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → 𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺))
5		eqid 2762	. . . . . . 7 ⊢ (Base‘𝐺) = (Base‘𝐺)
6	5	subgss 19199	. . . . . 6 ⊢ (𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑔 ⊆ (Base‘𝐺))
7	4, 6	syl 18	. . . . 5 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → 𝑔 ⊆ (Base‘𝐺))
8	7	ralrimiva 3156	. . . 4 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → ∀𝑔 ∈ 𝑆 𝑔 ⊆ (Base‘𝐺))
9		unissb 4905	. . . 4 ⊢ (∪ 𝑆 ⊆ (Base‘𝐺) ↔ ∀𝑔 ∈ 𝑆 𝑔 ⊆ (Base‘𝐺))
10	8, 9	sylibr 237	. . 3 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → ∪ 𝑆 ⊆ (Base‘𝐺))
11	2, 10	sstrd 3946	. 2 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → ∩ 𝑆 ⊆ (Base‘𝐺))
12		eqid 2762	. . . . . . 7 ⊢ (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
13	12	subg0cl 19206	. . . . . 6 ⊢ (𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺) → (0g‘𝐺) ∈ 𝑔)
14	4, 13	syl 18	. . . . 5 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → (0g‘𝐺) ∈ 𝑔)
15	14	ralrimiva 3156	. . . 4 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → ∀𝑔 ∈ 𝑆 (0g‘𝐺) ∈ 𝑔)
16		fvex 6894	. . . . 5 ⊢ (0g‘𝐺) ∈ V
17	16	elint2 4918	. . . 4 ⊢ ((0g‘𝐺) ∈ ∩ 𝑆 ↔ ∀𝑔 ∈ 𝑆 (0g‘𝐺) ∈ 𝑔)
18	15, 17	sylibr 237	. . 3 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → (0g‘𝐺) ∈ ∩ 𝑆)
19	18	ne0d 4294	. 2 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → ∩ 𝑆 ≠ ∅)
20	4	adantlr 727	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ (𝑥 ∈ ∩ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ ∩ 𝑆)) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → 𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺))
21		simprl 782	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ (𝑥 ∈ ∩ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ ∩ 𝑆)) → 𝑥 ∈ ∩ 𝑆)
22		elinti 4920	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 ∈ ∩ 𝑆 → (𝑔 ∈ 𝑆 → 𝑥 ∈ 𝑔))
23	22	imp 411	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑥 ∈ ∩ 𝑆 ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → 𝑥 ∈ 𝑔)
24	21, 23	sylan 591	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ (𝑥 ∈ ∩ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ ∩ 𝑆)) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → 𝑥 ∈ 𝑔)
25		simprr 784	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ (𝑥 ∈ ∩ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ ∩ 𝑆)) → 𝑦 ∈ ∩ 𝑆)
26		elinti 4920	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑦 ∈ ∩ 𝑆 → (𝑔 ∈ 𝑆 → 𝑦 ∈ 𝑔))
27	26	imp 411	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑦 ∈ ∩ 𝑆 ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → 𝑦 ∈ 𝑔)
28	25, 27	sylan 591	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ (𝑥 ∈ ∩ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ ∩ 𝑆)) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → 𝑦 ∈ 𝑔)
29		eqid 2762	. . . . . . . . . 10 ⊢ (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
30	29	subgcl 19208	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑥 ∈ 𝑔 ∧ 𝑦 ∈ 𝑔) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑔)
31	20, 24, 28, 30	syl3anc 1397	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ (𝑥 ∈ ∩ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ ∩ 𝑆)) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑔)
32	31	ralrimiva 3156	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ (𝑥 ∈ ∩ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ ∩ 𝑆)) → ∀𝑔 ∈ 𝑆 (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑔)
33		ovex 7445	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ V
34	33	elint2 4918	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ ∩ 𝑆 ↔ ∀𝑔 ∈ 𝑆 (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑔)
35	32, 34	sylibr 237	. . . . . 6 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ (𝑥 ∈ ∩ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ ∩ 𝑆)) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ ∩ 𝑆)
36	35	anassrs 472	. . . . 5 ⊢ ((((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑆) ∧ 𝑦 ∈ ∩ 𝑆) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ ∩ 𝑆)
37	36	ralrimiva 3156	. . . 4 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑆) → ∀𝑦 ∈ ∩ 𝑆(𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ ∩ 𝑆)
38	4	adantlr 727	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑆) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → 𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺))
39	23	adantll 726	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑆) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → 𝑥 ∈ 𝑔)
40		eqid 2762	. . . . . . . 8 ⊢ (invg‘𝐺) = (invg‘𝐺)
41	40	subginvcl 19207	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑥 ∈ 𝑔) → ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝑔)
42	38, 39, 41	syl2anc 595	. . . . . 6 ⊢ ((((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑆) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝑔)
43	42	ralrimiva 3156	. . . . 5 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑆) → ∀𝑔 ∈ 𝑆 ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝑔)
44		fvex 6894	. . . . . 6 ⊢ ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ V
45	44	elint2 4918	. . . . 5 ⊢ (((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ ∩ 𝑆 ↔ ∀𝑔 ∈ 𝑆 ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝑔)
46	43, 45	sylibr 237	. . . 4 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑆) → ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ ∩ 𝑆)
47	37, 46	jca 520	. . 3 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑆) → (∀𝑦 ∈ ∩ 𝑆(𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ ∩ 𝑆 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ ∩ 𝑆))
48	47	ralrimiva 3156	. 2 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → ∀𝑥 ∈ ∩ 𝑆(∀𝑦 ∈ ∩ 𝑆(𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ ∩ 𝑆 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ ∩ 𝑆))
49		ssn0 4361	. . 3 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → (SubGrp‘𝐺) ≠ ∅)
50		n0 4306	. . . 4 ⊢ ((SubGrp‘𝐺) ≠ ∅ ↔ ∃𝑔 𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺))
51		subgrcl 19203	. . . . 5 ⊢ (𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝐺 ∈ Grp)
52	51	exlimiv 1959	. . . 4 ⊢ (∃𝑔 𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝐺 ∈ Grp)
53	50, 52	sylbi 220	. . 3 ⊢ ((SubGrp‘𝐺) ≠ ∅ → 𝐺 ∈ Grp)
54	5, 29, 40	issubg2 19214	. . 3 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (∩ 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ↔ (∩ 𝑆 ⊆ (Base‘𝐺) ∧ ∩ 𝑆 ≠ ∅ ∧ ∀𝑥 ∈ ∩ 𝑆(∀𝑦 ∈ ∩ 𝑆(𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ ∩ 𝑆 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ ∩ 𝑆))))
55	49, 53, 54	3syl 19	. 2 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → (∩ 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ↔ (∩ 𝑆 ⊆ (Base‘𝐺) ∧ ∩ 𝑆 ≠ ∅ ∧ ∀𝑥 ∈ ∩ 𝑆(∀𝑦 ∈ ∩ 𝑆(𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ ∩ 𝑆 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ ∩ 𝑆))))
56	11, 19, 48, 55	mpbir3and 1360	1 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → ∩ 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 400   ∧ w3a 1102  ∃wex 1808   ∈ wcel 2142   ≠ wne 2957  ∀wral 3078   ⊆ wss 3904  ∅c0 4285  ∪ cuni 4871  ∩ cint 4911  ‘cfv 6536  (class class class)co 7412  Basecbs 17275  +_gcplusg 17316  0_gc0g 17498  Grpcgrp 19006  inv_gcminusg 19007  SubGrpcsubg 19192

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1824  ax-4 1838  ax-5 1939  ax-6 1996  ax-7 2037  ax-8 2144  ax-9 2152  ax-10 2175  ax-11 2191  ax-12 2212  ax-ext 2734  ax-sep 5256  ax-nul 5268  ax-pow 5335  ax-pr 5403  ax-un 7734  ax-cnex 11162  ax-resscn 11163  ax-1cn 11164  ax-icn 11165  ax-addcl 11166  ax-addrcl 11167  ax-mulcl 11168  ax-mulrcl 11169  ax-mulcom 11170  ax-addass 11171  ax-mulass 11172  ax-distr 11173  ax-i2m1 11174  ax-1ne0 11175  ax-1rid 11176  ax-rnegex 11177  ax-rrecex 11178  ax-cnre 11179  ax-pre-lttri 11180  ax-pre-lttrn 11181  ax-pre-ltadd 11182  ax-pre-mulgt0 11183

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1103  df-3an 1104  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1809  df-nf 1813  df-sb 2096  df-mo 2566  df-eu 2596  df-clab 2741  df-cleq 2754  df-clel 2837  df-nfc 2911  df-ne 2958  df-nel 3064  df-ral 3079  df-rex 3089  df-rmo 3368  df-reu 3369  df-rab 3416  df-v 3456  df-sbc 3744  df-csb 3853  df-dif 3907  df-un 3909  df-in 3911  df-ss 3921  df-pss 3924  df-nul 4286  df-if 4487  df-pw 4563  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4595  df-uni 4872  df-int 4912  df-iun 4957  df-br 5109  df-opab 5173  df-mpt 5192  df-tr 5218  df-id 5555  df-eprel 5560  df-po 5568  df-so 5569  df-fr 5613  df-we 5615  df-xp 5666  df-rel 5667  df-cnv 5668  df-co 5669  df-dm 5670  df-rn 5671  df-res 5672  df-ima 5673  df-pred 6302  df-ord 6363  df-on 6364  df-lim 6365  df-suc 6366  df-iota 6492  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-riota 7369  df-ov 7415  df-oprab 7416  df-mpo 7417  df-om 7861  df-2nd 7985  df-frecs 8276  df-wrecs 8307  df-recs 8356  df-rdg 8395  df-er 8692  df-en 8942  df-dom 8943  df-sdom 8944  df-pnf 11251  df-mnf 11252  df-xr 11253  df-ltxr 11254  df-le 11255  df-sub 11449  df-neg 11450  df-nn 12240  df-2 12309  df-sets 17230  df-slot 17248  df-ndx 17260  df-base 17276  df-ress 17297  df-plusg 17329  df-0g 17500  df-mgm 18704  df-sgrp 18783  df-mnd 18799  df-grp 19009  df-minusg 19010  df-subg 19195

This theorem is used by:  subrngint  20670  subrgint  20705  subdrgint  20917  primefld0cl  20920