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Theorem cntzsubg

Description: Centralizers in a group are subgroups. (Contributed by Stefan O'Rear, 6-Sep-2015)

Ref Expression
Hypotheses cntzrec.b ⊢ B = Base M
cntzrec.z ⊢ Z = Cntz ⁡ M
Assertion cntzsubg ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B → Z ⁡ S ∈ SubGrp ⁡ M

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cntzrec.b ⊢ B = Base M
2 cntzrec.z ⊢ Z = Cntz ⁡ M
3 grpmnd ⊢ M ∈ Grp → M ∈ Mnd
4 1 2 cntzsubm ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B → Z ⁡ S ∈ SubMnd ⁡ M
5 3 4 sylan ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B → Z ⁡ S ∈ SubMnd ⁡ M
6 simpll ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → M ∈ Grp
7 1 2 cntzssv ⊢ Z ⁡ S ⊆ B
8 simprl ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → x ∈ Z ⁡ S
9 7 8 sselid ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → x ∈ B
10 eqid ⊢ inv g ⁡ M = inv g ⁡ M
11 1 10 grpinvcl ⊢ M ∈ Grp ∧ x ∈ B → inv g ⁡ M ⁡ x ∈ B
12 6 9 11 syl2anc ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → inv g ⁡ M ⁡ x ∈ B
13 ssel2 ⊢ S ⊆ B ∧ y ∈ S → y ∈ B
14 13 ad2ant2l ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → y ∈ B
15 eqid ⊢ + M = + M
16 1 15 grpcl ⊢ M ∈ Grp ∧ x ∈ B ∧ inv g ⁡ M ⁡ x ∈ B → x + M inv g ⁡ M ⁡ x ∈ B
17 6 9 12 16 syl3anc ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → x + M inv g ⁡ M ⁡ x ∈ B
18 1 15 grpass ⊢ M ∈ Grp ∧ inv g ⁡ M ⁡ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x + M inv g ⁡ M ⁡ x ∈ B → inv g ⁡ M ⁡ x + M y + M x + M inv g ⁡ M ⁡ x = inv g ⁡ M ⁡ x + M y + M x + M inv g ⁡ M ⁡ x
19 6 12 14 17 18 syl13anc ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → inv g ⁡ M ⁡ x + M y + M x + M inv g ⁡ M ⁡ x = inv g ⁡ M ⁡ x + M y + M x + M inv g ⁡ M ⁡ x
20 1 15 grpass ⊢ M ∈ Grp ∧ y ∈ B ∧ x ∈ B ∧ inv g ⁡ M ⁡ x ∈ B → y + M x + M inv g ⁡ M ⁡ x = y + M x + M inv g ⁡ M ⁡ x
21 6 14 9 12 20 syl13anc ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → y + M x + M inv g ⁡ M ⁡ x = y + M x + M inv g ⁡ M ⁡ x
22 21 oveq2d ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → inv g ⁡ M ⁡ x + M y + M x + M inv g ⁡ M ⁡ x = inv g ⁡ M ⁡ x + M y + M x + M inv g ⁡ M ⁡ x
23 19 22 eqtr4d ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → inv g ⁡ M ⁡ x + M y + M x + M inv g ⁡ M ⁡ x = inv g ⁡ M ⁡ x + M y + M x + M inv g ⁡ M ⁡ x
24 15 2 cntzi ⊢ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → x + M y = y + M x
25 24 adantl ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → x + M y = y + M x
26 25 oveq1d ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → x + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x = y + M x + M inv g ⁡ M ⁡ x
27 26 oveq2d ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → inv g ⁡ M ⁡ x + M x + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x = inv g ⁡ M ⁡ x + M y + M x + M inv g ⁡ M ⁡ x
28 23 27 eqtr4d ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → inv g ⁡ M ⁡ x + M y + M x + M inv g ⁡ M ⁡ x = inv g ⁡ M ⁡ x + M x + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x
29 1 15 grpcl ⊢ M ∈ Grp ∧ y ∈ B ∧ inv g ⁡ M ⁡ x ∈ B → y + M inv g ⁡ M ⁡ x ∈ B
30 6 14 12 29 syl3anc ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → y + M inv g ⁡ M ⁡ x ∈ B
31 1 15 grpass ⊢ M ∈ Grp ∧ inv g ⁡ M ⁡ x ∈ B ∧ x ∈ B ∧ y + M inv g ⁡ M ⁡ x ∈ B → inv g ⁡ M ⁡ x + M x + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x = inv g ⁡ M ⁡ x + M x + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x
32 6 12 9 30 31 syl13anc ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → inv g ⁡ M ⁡ x + M x + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x = inv g ⁡ M ⁡ x + M x + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x
33 1 15 grpass ⊢ M ∈ Grp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ inv g ⁡ M ⁡ x ∈ B → x + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x = x + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x
34 6 9 14 12 33 syl13anc ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → x + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x = x + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x
35 34 oveq2d ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → inv g ⁡ M ⁡ x + M x + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x = inv g ⁡ M ⁡ x + M x + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x
36 32 35 eqtr4d ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → inv g ⁡ M ⁡ x + M x + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x = inv g ⁡ M ⁡ x + M x + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x
37 28 36 eqtr4d ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → inv g ⁡ M ⁡ x + M y + M x + M inv g ⁡ M ⁡ x = inv g ⁡ M ⁡ x + M x + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x
38 eqid ⊢ 0 M = 0 M
39 1 15 38 10 grprinv ⊢ M ∈ Grp ∧ x ∈ B → x + M inv g ⁡ M ⁡ x = 0 M
40 6 9 39 syl2anc ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → x + M inv g ⁡ M ⁡ x = 0 M
41 40 oveq2d ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → inv g ⁡ M ⁡ x + M y + M x + M inv g ⁡ M ⁡ x = inv g ⁡ M ⁡ x + M y + M 0 M
42 1 15 grpcl ⊢ M ∈ Grp ∧ inv g ⁡ M ⁡ x ∈ B ∧ y ∈ B → inv g ⁡ M ⁡ x + M y ∈ B
43 6 12 14 42 syl3anc ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → inv g ⁡ M ⁡ x + M y ∈ B
44 1 15 38 grprid ⊢ M ∈ Grp ∧ inv g ⁡ M ⁡ x + M y ∈ B → inv g ⁡ M ⁡ x + M y + M 0 M = inv g ⁡ M ⁡ x + M y
45 6 43 44 syl2anc ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → inv g ⁡ M ⁡ x + M y + M 0 M = inv g ⁡ M ⁡ x + M y
46 41 45 eqtrd ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → inv g ⁡ M ⁡ x + M y + M x + M inv g ⁡ M ⁡ x = inv g ⁡ M ⁡ x + M y
47 1 15 38 10 grplinv ⊢ M ∈ Grp ∧ x ∈ B → inv g ⁡ M ⁡ x + M x = 0 M
48 6 9 47 syl2anc ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → inv g ⁡ M ⁡ x + M x = 0 M
49 48 oveq1d ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → inv g ⁡ M ⁡ x + M x + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x = 0 M + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x
50 1 15 38 grplid ⊢ M ∈ Grp ∧ y + M inv g ⁡ M ⁡ x ∈ B → 0 M + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x = y + M inv g ⁡ M ⁡ x
51 6 30 50 syl2anc ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → 0 M + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x = y + M inv g ⁡ M ⁡ x
52 49 51 eqtrd ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → inv g ⁡ M ⁡ x + M x + M y + M inv g ⁡ M ⁡ x = y + M inv g ⁡ M ⁡ x
53 37 46 52 3eqtr3d ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → inv g ⁡ M ⁡ x + M y = y + M inv g ⁡ M ⁡ x
54 53 anassrs ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S ∧ y ∈ S → inv g ⁡ M ⁡ x + M y = y + M inv g ⁡ M ⁡ x
55 54 ralrimiva ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S → ∀ y ∈ S inv g ⁡ M ⁡ x + M y = y + M inv g ⁡ M ⁡ x
56 simplr ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S → S ⊆ B
57 simpll ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S → M ∈ Grp
58 simpr ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S → x ∈ Z ⁡ S
59 7 58 sselid ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S → x ∈ B
60 57 59 11 syl2anc ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S → inv g ⁡ M ⁡ x ∈ B
61 1 15 2 cntzel ⊢ S ⊆ B ∧ inv g ⁡ M ⁡ x ∈ B → inv g ⁡ M ⁡ x ∈ Z ⁡ S ↔ ∀ y ∈ S inv g ⁡ M ⁡ x + M y = y + M inv g ⁡ M ⁡ x
62 56 60 61 syl2anc ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S → inv g ⁡ M ⁡ x ∈ Z ⁡ S ↔ ∀ y ∈ S inv g ⁡ M ⁡ x + M y = y + M inv g ⁡ M ⁡ x
63 55 62 mpbird ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ Z ⁡ S → inv g ⁡ M ⁡ x ∈ Z ⁡ S
64 63 ralrimiva ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B → ∀ x ∈ Z ⁡ S inv g ⁡ M ⁡ x ∈ Z ⁡ S
65 10 issubg3 ⊢ M ∈ Grp → Z ⁡ S ∈ SubGrp ⁡ M ↔ Z ⁡ S ∈ SubMnd ⁡ M ∧ ∀ x ∈ Z ⁡ S inv g ⁡ M ⁡ x ∈ Z ⁡ S
66 65 adantr ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B → Z ⁡ S ∈ SubGrp ⁡ M ↔ Z ⁡ S ∈ SubMnd ⁡ M ∧ ∀ x ∈ Z ⁡ S inv g ⁡ M ⁡ x ∈ Z ⁡ S
67 5 64 66 mpbir2and ⊢ M ∈ Grp ∧ S ⊆ B → Z ⁡ S ∈ SubGrp ⁡ M