Theorem subgpgp 19570

Description: A subgroup of a p-group is a p-group. (Contributed by Mario Carneiro, 27-Apr-2016.)

Assertion

Ref	Expression
subgpgp	⊢ ((𝑃 pGrp 𝐺 ∧ 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺)) → 𝑃 pGrp (𝐺 ↾s 𝑆))

Proof of Theorem subgpgp

Dummy variables 𝑥 𝑛 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		pgpprm 19566	. . 3 ⊢ (𝑃 pGrp 𝐺 → 𝑃 ∈ ℙ)
2	1	adantr 481	. 2 ⊢ ((𝑃 pGrp 𝐺 ∧ 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺)) → 𝑃 ∈ ℙ)
3		eqid 2740	. . . 4 ⊢ (𝐺 ↾s 𝑆) = (𝐺 ↾s 𝑆)
4	3	subggrp 19103	. . 3 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → (𝐺 ↾s 𝑆) ∈ Grp)
5	4	adantl 482	. 2 ⊢ ((𝑃 pGrp 𝐺 ∧ 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺)) → (𝐺 ↾s 𝑆) ∈ Grp)
6		eqid 2740	. . . . . . 7 ⊢ (Base‘𝐺) = (Base‘𝐺)
7		eqid 2740	. . . . . . 7 ⊢ (od‘𝐺) = (od‘𝐺)
8	6, 7	ispgp 19565	. . . . . 6 ⊢ (𝑃 pGrp 𝐺 ↔ (𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐺 ∈ Grp ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃↑𝑛)))
9	8	simp3bi 1153	. . . . 5 ⊢ (𝑃 pGrp 𝐺 → ∀𝑥 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃↑𝑛))
10	9	adantr 481	. . . 4 ⊢ ((𝑃 pGrp 𝐺 ∧ 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺)) → ∀𝑥 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃↑𝑛))
11	6	subgss 19101	. . . . . . 7 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑆 ⊆ (Base‘𝐺))
12	11	adantl 482	. . . . . 6 ⊢ ((𝑃 pGrp 𝐺 ∧ 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺)) → 𝑆 ⊆ (Base‘𝐺))
13		ssralv 3990	. . . . . 6 ⊢ (𝑆 ⊆ (Base‘𝐺) → (∀𝑥 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃↑𝑛) → ∀𝑥 ∈ 𝑆 ∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃↑𝑛)))
14	12, 13	syl 17	. . . . 5 ⊢ ((𝑃 pGrp 𝐺 ∧ 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺)) → (∀𝑥 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃↑𝑛) → ∀𝑥 ∈ 𝑆 ∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃↑𝑛)))
15		eqid 2740	. . . . . . . . . 10 ⊢ (od‘(𝐺 ↾s 𝑆)) = (od‘(𝐺 ↾s 𝑆))
16	3, 7, 15	subgod 19543	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → ((od‘𝐺)‘𝑥) = ((od‘(𝐺 ↾s 𝑆))‘𝑥))
17	16	adantll 720	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑃 pGrp 𝐺 ∧ 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → ((od‘𝐺)‘𝑥) = ((od‘(𝐺 ↾s 𝑆))‘𝑥))
18	17	eqeq1d 2742	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑃 pGrp 𝐺 ∧ 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → (((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃↑𝑛) ↔ ((od‘(𝐺 ↾s 𝑆))‘𝑥) = (𝑃↑𝑛)))
19	18	rexbidv 3164	. . . . . 6 ⊢ (((𝑃 pGrp 𝐺 ∧ 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → (∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃↑𝑛) ↔ ∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘(𝐺 ↾s 𝑆))‘𝑥) = (𝑃↑𝑛)))
20	19	ralbidva 3161	. . . . 5 ⊢ ((𝑃 pGrp 𝐺 ∧ 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺)) → (∀𝑥 ∈ 𝑆 ∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃↑𝑛) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝑆 ∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘(𝐺 ↾s 𝑆))‘𝑥) = (𝑃↑𝑛)))
21	14, 20	sylibd 240	. . . 4 ⊢ ((𝑃 pGrp 𝐺 ∧ 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺)) → (∀𝑥 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘𝐺)‘𝑥) = (𝑃↑𝑛) → ∀𝑥 ∈ 𝑆 ∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘(𝐺 ↾s 𝑆))‘𝑥) = (𝑃↑𝑛)))
22	10, 21	mpd 15	. . 3 ⊢ ((𝑃 pGrp 𝐺 ∧ 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺)) → ∀𝑥 ∈ 𝑆 ∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘(𝐺 ↾s 𝑆))‘𝑥) = (𝑃↑𝑛))
23	3	subgbas 19104	. . . 4 ⊢ (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺) → 𝑆 = (Base‘(𝐺 ↾s 𝑆)))
24	23	adantl 482	. . 3 ⊢ ((𝑃 pGrp 𝐺 ∧ 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺)) → 𝑆 = (Base‘(𝐺 ↾s 𝑆)))
25	22, 24	raleqtrdv 3300	. 2 ⊢ ((𝑃 pGrp 𝐺 ∧ 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺)) → ∀𝑥 ∈ (Base‘(𝐺 ↾s 𝑆))∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘(𝐺 ↾s 𝑆))‘𝑥) = (𝑃↑𝑛))
26		eqid 2740	. . 3 ⊢ (Base‘(𝐺 ↾s 𝑆)) = (Base‘(𝐺 ↾s 𝑆))
27	26, 15	ispgp 19565	. 2 ⊢ (𝑃 pGrp (𝐺 ↾s 𝑆) ↔ (𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝐺 ↾s 𝑆) ∈ Grp ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘(𝐺 ↾s 𝑆))∃𝑛 ∈ ℕ0 ((od‘(𝐺 ↾s 𝑆))‘𝑥) = (𝑃↑𝑛)))
28	2, 5, 25, 27	syl3anbrc 1350	1 ⊢ ((𝑃 pGrp 𝐺 ∧ 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐺)) → 𝑃 pGrp (𝐺 ↾s 𝑆))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 396   = wceq 1547   ∈ wcel 2119  ∀wral 3054  ∃wrex 3064   ⊆ wss 3890   class class class wbr 5079  ‘cfv 6492  (class class class)co 7363  ℕ₀cn0 12435  ↑cexp 14021  ℙcprime 16638  Basecbs 17177   ↾_s cress 17198  Grpcgrp 18907  SubGrpcsubg 19094  odcod 19497   pGrp cpgp 19499

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1802  ax-4 1816  ax-5 1917  ax-6 1974  ax-7 2015  ax-8 2121  ax-9 2129  ax-10 2152  ax-11 2168  ax-12 2189  ax-ext 2712  ax-sep 5225  ax-nul 5235  ax-pow 5301  ax-pr 5369  ax-un 7685  ax-cnex 11092  ax-resscn 11093  ax-1cn 11094  ax-icn 11095  ax-addcl 11096  ax-addrcl 11097  ax-mulcl 11098  ax-mulrcl 11099  ax-mulcom 11100  ax-addass 11101  ax-mulass 11102  ax-distr 11103  ax-i2m1 11104  ax-1ne0 11105  ax-1rid 11106  ax-rnegex 11107  ax-rrecex 11108  ax-cnre 11109  ax-pre-lttri 11110  ax-pre-lttrn 11111  ax-pre-ltadd 11112  ax-pre-mulgt0 11113

This theorem depends on definitions:  df-bi 208  df-an 397  df-or 854  df-3or 1093  df-3an 1094  df-tru 1550  df-fal 1560  df-ex 1787  df-nf 1791  df-sb 2074  df-mo 2543  df-eu 2573  df-clab 2719  df-cleq 2732  df-clel 2815  df-nfc 2889  df-ne 2936  df-nel 3040  df-ral 3055  df-rex 3065  df-rmo 3345  df-reu 3346  df-rab 3393  df-v 3434  df-sbc 3731  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4269  df-if 4462  df-pw 4538  df-sn 4563  df-pr 4565  df-op 4569  df-uni 4846  df-iun 4930  df-br 5080  df-opab 5142  df-mpt 5161  df-tr 5187  df-id 5520  df-eprel 5525  df-po 5533  df-so 5534  df-fr 5578  df-we 5580  df-xp 5631  df-rel 5632  df-cnv 5633  df-co 5634  df-dm 5635  df-rn 5636  df-res 5637  df-ima 5638  df-pred 6259  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6494  df-fn 6495  df-f 6496  df-f1 6497  df-fo 6498  df-f1o 6499  df-fv 6500  df-riota 7320  df-ov 7366  df-oprab 7367  df-mpo 7368  df-om 7814  df-1st 7938  df-2nd 7939  df-frecs 8228  df-wrecs 8259  df-recs 8308  df-rdg 8346  df-er 8640  df-en 8891  df-dom 8892  df-sdom 8893  df-sup 9352  df-inf 9353  df-pnf 11179  df-mnf 11180  df-xr 11181  df-ltxr 11182  df-le 11183  df-sub 11377  df-neg 11378  df-nn 12173  df-2 12242  df-n0 12436  df-z 12523  df-uz 12787  df-seq 13962  df-sets 17132  df-slot 17150  df-ndx 17162  df-base 17178  df-ress 17199  df-plusg 17231  df-0g 17402  df-mgm 18606  df-sgrp 18685  df-mnd 18701  df-submnd 18750  df-grp 18910  df-minusg 18911  df-mulg 19042  df-subg 19097  df-od 19501  df-pgp 19503

This theorem is referenced by:  pgpfaclem1  20056  pgpfaclem3  20058