Theorem subgint 19126

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 4913	. . . 4 ⊢ (𝑆 ≠ ∅ → ∩ 𝑆 ⊆ ∪ 𝑆)
2	1	adantl 481	. . 3 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → ∩ 𝑆 ⊆ ∪ 𝑆)
3		ssel2 3917	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → 𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺))
4	3	adantlr 716	. . . . . 6 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → 𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺))
5		eqid 2737	. . . . . . 7 ⊢ (Base‘𝐺) = (Base‘𝐺)
6	5	subgss 19103	. . . . . 6 ⊢ (𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑔 ⊆ (Base‘𝐺))
7	4, 6	syl 17	. . . . 5 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → 𝑔 ⊆ (Base‘𝐺))
8	7	ralrimiva 3130	. . . 4 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → ∀𝑔 ∈ 𝑆 𝑔 ⊆ (Base‘𝐺))
9		unissb 4884	. . . 4 ⊢ (∪ 𝑆 ⊆ (Base‘𝐺) ↔ ∀𝑔 ∈ 𝑆 𝑔 ⊆ (Base‘𝐺))
10	8, 9	sylibr 234	. . 3 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → ∪ 𝑆 ⊆ (Base‘𝐺))
11	2, 10	sstrd 3933	. 2 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → ∩ 𝑆 ⊆ (Base‘𝐺))
12		eqid 2737	. . . . . . 7 ⊢ (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
13	12	subg0cl 19110	. . . . . 6 ⊢ (𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺) → (0g‘𝐺) ∈ 𝑔)
14	4, 13	syl 17	. . . . 5 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → (0g‘𝐺) ∈ 𝑔)
15	14	ralrimiva 3130	. . . 4 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → ∀𝑔 ∈ 𝑆 (0g‘𝐺) ∈ 𝑔)
16		fvex 6854	. . . . 5 ⊢ (0g‘𝐺) ∈ V
17	16	elint2 4897	. . . 4 ⊢ ((0g‘𝐺) ∈ ∩ 𝑆 ↔ ∀𝑔 ∈ 𝑆 (0g‘𝐺) ∈ 𝑔)
18	15, 17	sylibr 234	. . 3 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → (0g‘𝐺) ∈ ∩ 𝑆)
19	18	ne0d 4283	. 2 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → ∩ 𝑆 ≠ ∅)
20	4	adantlr 716	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ (𝑥 ∈ ∩ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ ∩ 𝑆)) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → 𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺))
21		simprl 771	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ (𝑥 ∈ ∩ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ ∩ 𝑆)) → 𝑥 ∈ ∩ 𝑆)
22		elinti 4899	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 ∈ ∩ 𝑆 → (𝑔 ∈ 𝑆 → 𝑥 ∈ 𝑔))
23	22	imp 406	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑥 ∈ ∩ 𝑆 ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → 𝑥 ∈ 𝑔)
24	21, 23	sylan 581	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ (𝑥 ∈ ∩ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ ∩ 𝑆)) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → 𝑥 ∈ 𝑔)
25		simprr 773	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ (𝑥 ∈ ∩ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ ∩ 𝑆)) → 𝑦 ∈ ∩ 𝑆)
26		elinti 4899	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑦 ∈ ∩ 𝑆 → (𝑔 ∈ 𝑆 → 𝑦 ∈ 𝑔))
27	26	imp 406	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑦 ∈ ∩ 𝑆 ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → 𝑦 ∈ 𝑔)
28	25, 27	sylan 581	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ (𝑥 ∈ ∩ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ ∩ 𝑆)) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → 𝑦 ∈ 𝑔)
29		eqid 2737	. . . . . . . . . 10 ⊢ (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
30	29	subgcl 19112	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑥 ∈ 𝑔 ∧ 𝑦 ∈ 𝑔) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑔)
31	20, 24, 28, 30	syl3anc 1374	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ (𝑥 ∈ ∩ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ ∩ 𝑆)) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑔)
32	31	ralrimiva 3130	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ (𝑥 ∈ ∩ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ ∩ 𝑆)) → ∀𝑔 ∈ 𝑆 (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑔)
33		ovex 7400	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ V
34	33	elint2 4897	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ ∩ 𝑆 ↔ ∀𝑔 ∈ 𝑆 (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑔)
35	32, 34	sylibr 234	. . . . . 6 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ (𝑥 ∈ ∩ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ ∩ 𝑆)) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ ∩ 𝑆)
36	35	anassrs 467	. . . . 5 ⊢ ((((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑆) ∧ 𝑦 ∈ ∩ 𝑆) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ ∩ 𝑆)
37	36	ralrimiva 3130	. . . 4 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑆) → ∀𝑦 ∈ ∩ 𝑆(𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ ∩ 𝑆)
38	4	adantlr 716	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑆) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → 𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺))
39	23	adantll 715	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑆) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → 𝑥 ∈ 𝑔)
40		eqid 2737	. . . . . . . 8 ⊢ (invg‘𝐺) = (invg‘𝐺)
41	40	subginvcl 19111	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑥 ∈ 𝑔) → ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝑔)
42	38, 39, 41	syl2anc 585	. . . . . 6 ⊢ ((((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑆) ∧ 𝑔 ∈ 𝑆) → ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝑔)
43	42	ralrimiva 3130	. . . . 5 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑆) → ∀𝑔 ∈ 𝑆 ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝑔)
44		fvex 6854	. . . . . 6 ⊢ ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ V
45	44	elint2 4897	. . . . 5 ⊢ (((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ ∩ 𝑆 ↔ ∀𝑔 ∈ 𝑆 ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝑔)
46	43, 45	sylibr 234	. . . 4 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑆) → ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ ∩ 𝑆)
47	37, 46	jca 511	. . 3 ⊢ (((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑆) → (∀𝑦 ∈ ∩ 𝑆(𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ ∩ 𝑆 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ ∩ 𝑆))
48	47	ralrimiva 3130	. 2 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → ∀𝑥 ∈ ∩ 𝑆(∀𝑦 ∈ ∩ 𝑆(𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ ∩ 𝑆 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ ∩ 𝑆))
49		ssn0 4345	. . 3 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → (SubGrp‘𝐺) ≠ ∅)
50		n0 4294	. . . 4 ⊢ ((SubGrp‘𝐺) ≠ ∅ ↔ ∃𝑔 𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺))
51		subgrcl 19107	. . . . 5 ⊢ (𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝐺 ∈ Grp)
52	51	exlimiv 1932	. . . 4 ⊢ (∃𝑔 𝑔 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝐺 ∈ Grp)
53	50, 52	sylbi 217	. . 3 ⊢ ((SubGrp‘𝐺) ≠ ∅ → 𝐺 ∈ Grp)
54	5, 29, 40	issubg2 19117	. . 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 18	. 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 1344	1 ⊢ ((𝑆 ⊆ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → ∩ 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   ∧ w3a 1087  ∃wex 1781   ∈ wcel 2114   ≠ wne 2933  ∀wral 3052   ⊆ wss 3890  ∅c0 4274  ∪ cuni 4851  ∩ cint 4890  ‘cfv 6499  (class class class)co 7367  Basecbs 17179  +_gcplusg 17220  0_gc0g 17402  Grpcgrp 18909  inv_gcminusg 18910  SubGrpcsubg 19096

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-sep 5232  ax-nul 5242  ax-pow 5308  ax-pr 5376  ax-un 7689  ax-cnex 11094  ax-resscn 11095  ax-1cn 11096  ax-icn 11097  ax-addcl 11098  ax-addrcl 11099  ax-mulcl 11100  ax-mulrcl 11101  ax-mulcom 11102  ax-addass 11103  ax-mulass 11104  ax-distr 11105  ax-i2m1 11106  ax-1ne0 11107  ax-1rid 11108  ax-rnegex 11109  ax-rrecex 11110  ax-cnre 11111  ax-pre-lttri 11112  ax-pre-lttrn 11113  ax-pre-ltadd 11114  ax-pre-mulgt0 11115

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rmo 3343  df-reu 3344  df-rab 3391  df-v 3432  df-sbc 3730  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4275  df-if 4468  df-pw 4544  df-sn 4569  df-pr 4571  df-op 4575  df-uni 4852  df-int 4891  df-iun 4936  df-br 5087  df-opab 5149  df-mpt 5168  df-tr 5194  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 6266  df-ord 6327  df-on 6328  df-lim 6329  df-suc 6330  df-iota 6455  df-fun 6501  df-fn 6502  df-f 6503  df-f1 6504  df-fo 6505  df-f1o 6506  df-fv 6507  df-riota 7324  df-ov 7370  df-oprab 7371  df-mpo 7372  df-om 7818  df-2nd 7943  df-frecs 8231  df-wrecs 8262  df-recs 8311  df-rdg 8349  df-er 8643  df-en 8894  df-dom 8895  df-sdom 8896  df-pnf 11181  df-mnf 11182  df-xr 11183  df-ltxr 11184  df-le 11185  df-sub 11379  df-neg 11380  df-nn 12175  df-2 12244  df-sets 17134  df-slot 17152  df-ndx 17164  df-base 17180  df-ress 17201  df-plusg 17233  df-0g 17404  df-mgm 18608  df-sgrp 18687  df-mnd 18703  df-grp 18912  df-minusg 18913  df-subg 19099

This theorem is referenced by:  subrngint  20537  subrgint  20572  subdrgint  20780  primefld0cl  20783